تحقیق درباره عملکرد مبدل های منبع هیبریدی نیمه امپدانس تغذیه شده با فتوولتائیک خورشیدی

Investigation on performance of solar photovoltaic fed hybrid semi impedance source converters

چکیده
1 مقدمه
2 سیستم های موجود
3 سیستم پیشنهاد شده
4 شبیه سازی و نتایج تجربی
5 نتیجه گیری
منابع

چکیده
ولتاژ خروجی صفحه فتوولتاییک خورشیدی معمولاً خیلی پایین است؛ مقدار این ولتاژ تحت تأثیر محیط و شرایط جوی، تا حد زیادی متغیر است. دراین مقاله ترکیب هر سیستم قدرت و خروجی مبدل های dc-dc را توسط نوعی ولتاژ ورودی افزایش یافته، تنظیم می کنیم. ساختار مبدل dc-dc برای سیستم های قدرت فتوولتاییک نیز خیلی مهم است. تکنولوژی های مختلف افزایش ولتاژ – همچون مدار یکسو کننده – در حقیقت به طور کامل آزمایش شده اند و موفق شده اند که «اندوکتانس، ظرفیت تغییر، اندوکتانس جفت شده، تطبیق امپدانس، و تکنولوژی های افزایش افزایش مارپیچی» را تغییر دهند. البته این فرآیندها هم دقت ضعیف تر و هم هزینه بالاتری دارند. اثربخشی مبدل منبع نیمه امپدانس هیبرید، بالاتر است.

2- سیستم های موجود
در سیستم های موجود، اینورتر منبع امپدانس میتواند از یک حالت راه به در استفاده کند که از طریق اینورترهای منبع ولتاژ متعارف برای افزایش ولتاژ، مجاز نخواهد بود. به منظور دسترسی پیدا کردن، توان تبدیل ولتاژ باک نیز حفظ میشود. اینورتر منبع امپدانس به علت قابلیت مدوله سازی باک-بوست خود، بسرعت به یک موضوع تحقیقاتی داغ تبدیل شده است. با این حال توپولوژی پیشنهاد شده اولیه با مزایای بالا، همیشه معایبی نیز دارد که عبارتند از: توان فعال متناوب، ولتاژ نیروی بالا، و همچنین فاکتور بهره کوچک. در حقیقت نه امپدانس منبع و نه پل شارژر باتری دارای یک اتصال به زمین مشترک نیستند [8]. عملکردهای انتقال منبع تقویت جدید در بررسی های مختلفی معرفی شدند تا محدودیت های اینورتر منبع امپدانس اصلی را رفع نمایند. از بین این شبکه های بزرگ منبع امپدانس اصلاح شده، شبکه منبع نیمه امپدانس، یک راه حل ساده و آسان است.

2-1 معایب سیستم های موجود
ولتاژ بالا
فشار و فاکتور بوست حداقل
کارایی ضعیف
نمودار بلوکی برای سیستم موجود

3- سیستم پیشنهاد شده
سه ترکیب اضافی از مبدل های dc-dc منبع امپدانس نیز به شیوه ای توصیف شده اند که جدیدترین گونه مبدل منبع امپدانس نوظهور را نشان میدهند. در مبدل های dc-dc، ترکیب شبکه های منبع امپدانس افزایش یافت تا مزایای متعارف شبکه های منبع امپدانس ولتاژ بزرگتر محقق گردند [9,10].

3-1 نمودار مدار برای سیستم پیشنهاد شده
شکل ارائه شده ترکیب دو مبدل منبع شبه z را نشان میدهد. مبدل منبع شبه z اول توسط دیود D1، القاگرهای L1 و L2، و خازن های C1 و C2 تشکیل می گردد . مبدل منبع شبه z دوم توسط دیوید D3، القاگرهای L3 و L4، و خازن های C5 و C6 تشکیل میگردد.

اپلیکیشن پلت فرم منبع باز برای ساختمان های هوشمند و کنترل های شبکه هوشمند

Open source platform application for smart building and smart grid controls

چکیده
1- مقدمه
2- پژوهش‌های مرتبط و مقاله‌های کمکی
3- معماری نصب
4- یوزکیس ها
5- نتایج و بحث
6- نتیجه گیری و چشم انداز
تامین مالی
اعلام منافع رقابت
قابلیت دسترسی داده
قدردانی
منابع

چکیده
در این پژوهش، یک دستگاه عامل منبع باز بر اساس چارچوب نرم افزاری FIWARE و دیگر مولفه های منبع باز استفاده می شود تا کنترل آزمایشی ابری روی دو یوزکیس از دامنه‌های ساختمان هوشمند و شبکه هوشمند صورت گیرد. تمامی ارتباطات میان دستگاه عامل و لایه میدانی از طریق اینترنت عمومی برقرار می شود و بنابراین اقداماتی نظیر رمزنگاری، تأیید هویت و مجوزدهی نصب می‌شوند. در یوزکیس اول، دمای تأمین یک مدار حرارتی معمولی کنترل می شود زیرا وظیفه‌ای مرسوم در دستگاه های انرژی ساختمان می‌باشد. در یوزکیس دوم، توازن توان یک شبکه کوچک شبیه‌سازی شده توسط دستگاه های اندازه‌گیری فازور با بهره گیری از یک کنترلگر، مورد بررسی قرار می‌گیرد تا استحکام شبکه نیز حفظ شود. مناسبیت دستگاه عامل با بهره گیری از مقرراتی که از منابع ادبی بدست آمده، اعتبارسنجی می شود. این دستگاه عامل قابل استفاده در هر دو مورد ذکر شده است. اگرچه محدودیت ها و زمینه‌های بالقوه جهت بهبود اظهار شده است.

2- پژوهش‌های مرتبط و مقاله‌های کمکی
در این قسمت، مفهوم حقیقی FIWARE توصیف شده و سپس پژوهش‌های کنونی که از راه‌حل‌هایی بر مبنای FIWARE استفاده می‌کنند بیان می شود. نهایتا، طبق نواحی ضعف شناسایی شده، مقالات کمکی مرتبط با این زمینه بیان می شود.

2-1 FIWARE
FIWARE بعنوان یک روش منبع آزادی است که از طریق اتحادیه اروپا به جهت «سرعت بخشیدن برای بهبود راه‌حل‌های هوشمند» برای زمینه‌های مختلف، فراهم می شود [۱۹]. نرم افزار FIWARE، با بهره‌گیری از ساختار نرم افزاری پیمانهار انعطاف‌پذیری زیادی را داراست، به همین دلیل می‌توان آن را برای یوزکیس‌ها سفارشی‌سازی کرد. FIWARE از پروتکل‌های معاوضه اطلاعات NGSI v2 [۱۲] و NEGSI-LD [۱۷] بهره می‌گیرد و واسطه‌های استانداردی از قبیل REST API را برای معاوضه اطلاعات با دستگاه های هوشمند و مؤلفه‌های نرم افزار یوزکیس قرار می‌دهد. ترکیبات نرم افزاری پیشنهادی در این نرم افزار «توانمند‌کننده‌های عمومی» نامگذاری می شود و می‌توان آنها را در لایه‌های مختلفی از جمله «مدیریت بافت هسته»، «پردازش متن، موفضای خالیی و مصورسازی»، «تعامل با سیستم‌های اینترنت اشیاء، رباتیک و شبکه‌های شخص ثالث» و نهایتا «مدیریت اطلاعات/رابط برنامه نویسی» تقسیم‌بندی کرد. می‌توان یک یا چند مؤلفه را از توانمندکننده‌های عمومی ارائه شده انتخاب و آن‌ها را به اقسام شخص ثالث یا خود نوشته مرتبط ساخت. نمای کلی از توانمندکننده‌های عمومی موجود و کد منبع در گیت‌هاب [۱۸] قابل استفاده است.

۲-۲ تحقیقات و برنامه های کارآمد بر مبنای FIWARE
در سال‌های اخیر، ثابت شد که چنین برنامه هایی و برنامه های کارآمد بر اساس نرم افزار‌های FIWARE، چارچوب مناسبی برای زمینه‌های مختلف نظیر کاربردهای کنترل کشاورزی [۳۲]، راهبری کشتی [۶۰]، کنترل سیستم انرژی‌های تجدیدپذیر [۶۱]، کنترل بر ماشین [۱۳] و کنترل ساختمان هوشمند هستند [۲۰،۳۳،۵۷،۵۹]. پوزو و همکاران [۴۳] بر روی موضوعات کنترل دسترسی و تاثیرش بر کارکرد معماری طبق FIWARE که از روش فناوری کانتینرسازی داکر1 مشتق شده‌، کار کردند. نویسندگان، شاخص‌های کارکرد امنیت و محافظت داده‌ای نرم افزار FIWARE را مورد برآورد قرار داده‌اند. بعلاوه، آنها پهنای باند، میزان استفاده از CPU و حافظه و مدت زمان تاخیر آن‌ها را برای این شاخص‌ها مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان می‌دهد که لایه‌های امن با بهره گیری از فریم ورک احزار هویتOAuth 2.0، تاثیری بر کارکرد سیستم ندارد.

پارامترهای کلیدی موثر بر توسعه انرژی بادی ساحلی: مطالعه موردی از منطقه دریای شمال آلمان

Key factors influencing onshore wind energy development: A case study from the German North Sea region

چکیده

1- مقدمه

2- روش ها

3- نتایج

4- بحث و گفتمان

منابع

چکیده

     هدف از انجام این مقاله شناسایی عوامل تسهیل کننده و بازدارنده برای توسعه ی انرژی بادی ساحلی نزدیک مناطق طبیعی حفاظت شده، به ویژه در منطقه ی منطقه ی وادن زا در Lower Saxony است. یک رویکرد تحقیقات کاربردی برای ایجاد ارتباط بین جنبه های فردی فناوری انرژی بادی و ایجاد یک دیدگاه میان رشته ای در خصوص بسط و گسترش انرژی بادی بکار گرفته شد. در همین راستا، عوامل تسهیل کننده و بازدارنده ی مربوطه شناسایی شده و سپس توسط گروهی از کارشناسان دانشگاهی تأیید شدند. عوامل اصلی در چارچوبی از نقاط قوت، نقاط ضعف، فرصت ها و تهدید ها گروه بندی شدند. در مرحله ی بعد، نمونه ای از کارشناسان در بخش انرژی بادی اهمیت نسبی عوامل و فاکتورهای کلیدی را را با استفاده از فرآیند تحلیل سلسله مراتبی را بررسی کردند. نتایج نشان می دهند که فاکتورها و عواملی که بسط و گسترش انرژی بادی را به صورت مثبت تحت تأثیر قرار می دهند از عوامل بازدارنده بیشتر می باشند. نیروی برق حاصل از باد احتمالا از فرصت هایی مثل تغییر آب و هوا واز نقاط قوت مختص به صنعت، برای نمونه رقابت پذیری باد در بازار برق آلمان بهره می برد. موانع و عدم قطعیت هایی که توسعه ی این بخش را تحت تأثیر قرار می دهند به قوانین سختگیرانه محاظت زیست محیطی و فرصت های فضایی محدود برای پروژه های جدید مربوط می شوند. نهایتا، استراتژی های سیاست گذاری و خط مشی اولیه تدوین شدند که درصدد پرورش نقاط قوت و فرصت های توسعه ی انرژی بادی و کاهش نقاط ضعف و تهدیدها هستند.

نقش انرژی بادی در انتقال انرژی آلمان
     تغییر و تحول انرژی پایدار آلمان با معرفی قانون انرژی تجدیدپذیر در سال 2000 به طور قابل ملاحظه ای پیشرفت کرده است و ارائه ی 20 ساله ی تعرفه های خوراکی جذاب رشد انرژی بادی و خورشیدی را به طور مثبت تحت تأثیر قرار داده است (آننرستال، 2017). این قانون مطابق با اساسنامه مقرر می کند که کل برق تولیدی و مصرفی آلمان باید تا سال 2050 از لحاظ گاز گلخانه ای خنثی باشد (EEG، 2021)، که بدین ترتیب تقاضا این است که 65% از برق مصرفی در 2030 از طریق منابع انرژی تأمین می شود. مطابق با جامعه ی فراونهوفر، انرژی های تجدیدپذیر 50.9% ترکیب برق در سال 2020 را تشکیل می دهند (نمودارهای انرژی، 2021). برای نخستین بار، منابع انرژی بادی، خورشیدی و سایر منابع انرژی تجدیدپذیر از انرژی سوخت فسیلی پیشی گرفته اند (گزارش استورم، 2021). در 27%، انرژی بادی بیشترین سهم را در انرژی سبز دارد، که بیشتر از یک چهارم کل برق آلمان را در سال 2020 تولید کرد. تا پایان سال 2020، 31109 توربین بادی نصب شده در آلمان وجود دارند که تقریبا سه برابر بیشتر از سال 2000 بود (باندسریجرانگ، 2021). با توجه به شرایط باد که از لحاظ طبیعی مطلوب تر هستند، اکثر پارک های (نیروگاه های) بادی در منطقه ی شمالی آلمان واقع شده اند (جانگ و همکاران، 2018). منطقه ی Lower Saxony تا به امروز بزرگترین سهم را با 6352 توربین بادی نصب شده دارد (استاتیستا، 2021). هرچند سهم انرژی بادی در کل سبد جریان برق سالانه در حال رشد است، بسط و گسترش سالانه ی انرژی بادی آلمان از لحاظ توربین های نهایی تازه ساز ارقامی که خیلی معقول و مطلوب نیستند را منعکس می کند. رشد سالانه ی توربین های بادی از سال 2017، سالی که فرآیندهای مناقصه عرضه شدند، به شکل چشمگیری کاهش یافته است. یک طرح مناقطه مکانیزمی رقابتی است که با آن مقامات مسئول ظرفیت نصب نیروگاه های بادی موجود برای پیشنهاد مزایده را از طریق کسب و کارهای انرژی بادی به اطلاع عموم می رسانند (باندسنتزاگنتور، 2021). مطابق با بادگیر دویچه (2020)، 75% توربین کمتر در سال 2020 در مقایسه با 2017 به شبکه متصل بودند. این کاهش شدید توسعه هدف بلند مدت محافظت از اقلیم و آب و هوا را تهدید می کند (گوآن، 2020) و لذا مستلزم ارزیابی عمیقتر عواملی است که مانع توسعه و گسترش انرژی بادی و تسهیل آن می شوند.

     ادبیات تحقیقی علمی با توجه به بسط انرژی بادی به عنوان یک محرک ضروری انتقال انرژی (Energiewende) گسترده می باشد. می توان آن را به عنوان یک موضوع تحقیقاتی بسیار بحث برانگیز و چندرشته ای مشخص کرد. محققان در حوزه ی انرژی باد ساحلی را به عنوان یک منبع انرژی سبز نویدبخش درنظر می گیرند که از لحاظ هزینه های تولید مستقیما با سوخت های فسیلی رقابت می کند (ماسوروفسکی و همکاران، 2016؛ کروننبروک و هنکه، 2020). با این حال، همانطور که در ادامه صحبت شده، چالش های متعددی وجود دارند که کماکان باید رفع شوند. درنتیجه، کارشناسان از رشته های علمی مختلف عزم خود را جزم کرده اند تا حوزه های مشخص و پارامترهای توسعه ی انرژی بادی ساحلی در کشورهای غربی را بررسی کنند. به طور کلی، سه کانون توجه تحقیقاتی را می توان نام گذاری کرد که مجموعه ی گسترده ای از پتانسیل ها و چالش های مرتبط با مورد آلمان را پوشش می دهند.

تجهیزات دسترسی اینترنت انرژی ادغام شده با سیستم های فیزیکی سایبری: مفاهیم ، فناوری های کلیدی ، توسعه سیستمی و چشم اندازهای کاربردی

Energy Internet Access Equipment Integrating Cyber-Physical Systems: Concepts, Key Technologies, System Development, and Application Prospects

چیکیده

1- مقدمه

II. ویژگی های فنی و مفهومی و تکنولوژی های کلیدی مرتبط با AE اینترنت انرژی

A. تعریف مفهومی

B. ویژگی های فنی

C. تکنولوژی های کلیدی مرتبط

III) توسعه سیستمی اینترنت انرژی

A) CPS

B) چارچوب کلی و طراحی عملکرد

C) توسعه قسمت سخت افزاری

D) توسعه قسمت نرم افزاری

IV) توضیح در مورد عملکرد اولیه و چشم انداز برای برنامه های کاربردی آینده

A) آنالیز اولیه برنامه

B) طراحی توپولوژِی کاربردی آینده

C) چشم انداز برای برنامه های کاربردی آینده

v. بحث

VI) نتیجه گیری

چکیده

 در این مقاله به طور سیستماتیک مفهوم جدیدی از تجهیزات دسترسی (AE) اینترنت انرژی ادغام شده با سیستم های فیزیکی-سایبری (CPSها) پیشنهاد می شود. اول، بر اساس مفهوم و ویژگی‌های AE اینترنت  انرژی ، توسعه سراسری  سیستمی آن ، از جمله طراحی توابع و طراحی چارچوب‌های کلی، توسعه تجهیزات سخت افزاری هسته ای و طراحی و توسعه سیستم نرم افزاری را به طور جامع بررسی می کنیم. دراین میان، قسمت سخت افزاری که شامل پنج نوع عمده از تجهیزات است برای ارتباط یکپارچه تجهیزات مختلف انرژی توزیع شده استفاده می شود. بخش نرم افزار، مشتمل بر سه دسته پلتفرم سیستمی (یعنی سیستم مدیریت محلی انرژی ، سیستم صفحه وب ابری و APP سمت کاربر) است که برای ادغام مدیریت انرژی و کنترل هماهنگ توزیع شده  به کار گرفته شده است. علاوه بر این، یک اقدام اولیه برای AE اینترنت انرژی پیشنهادی انجام می دهیم. بر این اساس، در نهایت، ما سناریوهای کاربردی بعدی را برای AE اینترنت انرژی از جنبه های مختلف پیش بینی می نماییم. انرژی اینترنت پیشنهادی به صورت یک پلتفرم رابط یکپارچه، مستقیماً برای طرف کاربر مورد استفاده قرار گرفته است تا منابع مختلف انرژی و تجهیزات بهره برداری را به اینترنت انرژی متصل کند، تا تجهیزات انرژی توزیع شده را به صورت real time نظارت و هماهنگ کند و در نهایت، گردش دو طرفه جریان انرژی و جریان اطلاعات را در شبکه هوشمند  محقق سازد. بزرگترین نوآوری این مقاله این است که به طور کامل، مفهوم جدید  AE اینترنت انرژی  را از منظر CPS است پیشنهاد می دهد، با این هدف که امیدواریم برخی ملاحظات را در سمت کاربرآماده نماید تا از طریق این تجهیزات به طور موثر و راحت به اینترنت انرژی دسترسی پیدا کند.

1- مقدمه

انرژی الکتریکی در جنبه های مختلف زندگی روزمره و تولیدی بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به توسعه سریع اقتصادی و اجتماعی، به تدریج تعداد بیشتری از کشورها به پاسخگویی بار و مدیریت انرژی یکپارچه (IEM) توجه کرده اند. مدیریت و بهینه سازی انرژی نقش اساسی در توسعه پایدار دارند [1]. برای این منظور، ایالات متحده و برخی از کشورهای اروپایی برای اولین بار در دهه 1970 مفهوم سیستم مدیریت انرژی خانگی  (EMS) را با هدف بهبود بهره وری مصرف برق و دستیابی به صرفه جویی و کاهش انتشار انرژی پیشنهاد دادند. از آن زمان ، نتایج تحقیقاتی مربوط به EMS به طور فزاینده ای زیاد شده است [2] – [5]. در حال حاضر، IEM می‌تواند مشکلات مربوط به منبع تغذیه شبکه توزیع ، مصرف برق کاربر و استفاده از انرژی نو را تا حد معینی حل کند. با این حال، سیستم های IEM واقعی هنگام  استفاده در مدیریت و بهره‌برداری از انرژی موثر، دارای کاستی های بسیاری هستند. به ویژه، مدل های اکتشاف و بهره برداری  انرژی موجود که به منابع انرژی تجدیدناپذیر متکی هستند، که پایداری آن به شدت دشوار است. بنابراین ، مدل های مصرف انرژی با راندمان بالا ، ایمن ، قابل اطمینان و پایدار، راه حلی برای مسئله اصلی استفاده از انرژی است که انسان و جامعه با آن روبرو هستند [6].

VI) نتیجه گیری

در این مقاله، ما به طورسیستماتیک مفهوم جدیدی از AE اینترنت انرژی را بر اساس ایده CPS پیشنهاد می کنیم. مشارکت های اصلی به شرح زیر خلاصه می شود:

1) این AE اینترنت انرژی پیشنهاد شده یک پلتفرم سیستمی چند لایه است که برای دستیابی به دسترسی یکپارچه به تجهیزات انرژی توزیع شده (پراکنده) استفاده می شود، که می تواند جریان انرژی و جریان اطلاعات را به هم متصل کند، از این طریق به کنترل هماهنگ و استفاده بهینه از تجهیزات انرژی توزیع شده (پراکنده)  کاربر نهایی مانند برق لوازم خانگی ، PV ها ، فن ها ، پیل های شارژ EV و دستگاه های ذخیره  سازی انرژی دست یابد. این امر، یک راه حل فنی برای plug-and-play تجهیزات کاربری تحت اینترنت انرژی  را در آینده فراهم می کند، و همچنین بینش جدیدی را برای IEM و حالت های چندگانه تجاری در محیط بازار فراهم می کند.

Abstract

This paper systematically proposes a novel concept of energy Internet access equipment (AE) integrating cyber-physical systems (CPSs). First, based on the concept and characteristics of energy Internet AE, we comprehensively investigate its global system development, including overall framework and functions design, core hardware equipment development, and software system design and development. Among these, the hardware part containing five major types of equipment is used to achieve a unified connection of various distributed energy equipment; the software part, consisting of three categories of system platforms (i.e., local energy management system, cloud Web page system, and user-side APP), is applied to integrate energy management and distributed coordination control. Moreover, we carry out an initial practice for this proposed energy Internet AE. Based on this, finally, we prospect future application scenarios for the energy Internet AE from multiple aspects. As a unified interface platform, the proposed energy Internet AE is directly applied for end-users to connect various energy supply and utilization equipment to the energy Internet, so as to monitor and coordinate the distributed energy equipment in real time and, finally, to realize the bidirectional circulation of energy flow and information flow in smart grid. The biggest innovation of this paper lies in comprehensively proposing a novel concept of energy Internet AE from the perspective of the CPS, with an aim of hoping to provide some thoughts for end-users to access the energy Internet efficiently and conveniently through such equipment in the future.

I. INTRODUCTION

Electrical energy has been widely utilized in various aspects of our daily lives and production. With the rapid development of economy and society, more and more countries have gradually begun to pay attention to demand response (DR) and integrated energy management (IEM). Energy management and optimization play a key effect in the sustainable development [1]. To this end, the United States and some European countries first proposed the concept of home energy management system (EMS) in 1970s, with the goal of improving electricity consumption efficiency and achieving energy saving and emission reduction. Since then, relevant research results of EMS have become increasingly abundant [2]–[5]. Currently, IEM can solve the problems of distribution network power supply, user power consumption and new energy utilization to a certain extent. However, the actual IEM systems still have many shortcomings when used in actual energy management and utilization. In particular, the existing energy exploration and exploitation models that rely on non-renewable energy sources are increasingly difficult to sustain. Therefore, high-efficiency, safe, reliable and sustainable energy use models will be the solution to the major problem of energy use faced by human and society [6]

VI. CONCLUSION

In this paper, we systematically propose a novel concept of energy internet AE based on the idea of CPS. The main contributions are summarized as follows:

1) This proposed energy internet AE is a multi-layer system platform used to achieve unified access of distributed energy equipment, which can interconnect energy flow and information flow, thereby achieving coordinated control and optimized utilization of end-user’s distributed energy equipment such as electrical appliances, PVs, fans, EV charging piles, and energy storage devices. This provides a technical solution for the plug-and-play of user equipment under the energy internet in the future, and also provides new insights for IEM and multiple trading modes in the market environment.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تجهیزات دسترسی اینترنت انرژی ادغام شده با سیستم های فیزیکی سایبری: مفاهیم ، فناوری های کلیدی ، توسعه سیستمی و چشم اندازهای کاربردی

Energy Internet Access Equipment Integrating Cyber-Physical Systems: Concepts, Key Technologies, System Development, and Application Prospects

تولید برق با نیروی انسانی به عنوان یک منبع تجدید پذیر

Human-Powered Electricity Generation as a Renewable Resource

چکیده

مقدمه

واحد ها و اصطلاحات

پیش زمینه

دورنمای انرژی کارولینای جنوبی

انرژی سوخت و سازی بدن انسان

مطالعه موردی

هدف و وسعت تحقیق

تقاضای الکتریسیته باشگاه ورزشی

تولید انرژی الکتریکی اعضای باشگاه

هزینه

نتایج و بحث

کلیات تولید الکتریسیته توسط انسان

نتیجه گیری

منابع

چکیده

انرژی و توانایی انسان در راستای تبدیل انرژی به کار مفید به عنوان نقطه ی توسعه ی تمدن در نظر گرفته می شود. در سرتاسر دوران بشریت، ما صرفا به انرژی سوخت و سازی بدست آمده و ازگیاهان و حیوانات تکیه کرده ایم. در چند قرن گذشته، جوامع تقریبا به صورت کامل دستخوش تحول شده و از تکیه بر انرژی بدن به وابستگی کامل به سوخت های فسیلی رسیده اند. احتراق منابع انرژی هیدروکربنی اثرات مخربی بر محیط زیست داشته و حرکتی را به سمت انرژی پاک آغاز کرده است. این تحقیق به بررسی خروجی انرژی سوخت و ساز انسان ها، بخصوص با استفاده از یک وسیله ی ورزشی، پرداخته تا امکان پذیری توان الکتریکی از انرژی انسانی را ارزیابی کند. دو ورزش قایقرانی ارزیابی و با انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع تجدید پذیر جایگزین مقایسه می شود. نتیجه ی مطالعه نشان می دهد که 40 مورد از توانایی های جسمانی مختلف می توانند 3-5 درصد از میانگین انرژی الکتریکی روزانه ی باشگاه را تامین کنند و با کارایی 64 درصد تبدیل شوند. هزینه ی تبدیل دستگاه قایقی منجر به دوره ی بازپرداخت 33 ساله می شود. 

مقدمه

پیشرفت تمدن ها قبل از توسعه ی صنایع به وسیله ی انرژی سوخت و ساز انسان ها و حیوانات میسر می شد. در گذر زمان، پیشرفت در زمینه فناوری و مهندسی ما را از توان سوخت و سازی انسان به سمت وابستگی کامل به سوخت های فسیلی پیش برده است. رشد جمعیت، افزایش کیفیت زندگی و کاهش منابع استرس چشمگیری را بر دوش بخش انرژی قرار داده تا تقاضای فزاینده برای سوخت های فسیلی را براورده کند. این در حالی است که نگرانی های محیط زیستی، اغلب تغییرات جوی، کاهش استفاده از سوخت های فسیلی را توصیه می کنند. در سال 2016 سازمان حفاظت از محیط زیست برنامه ی توان پاک را پیاده سازی کرد و در آن اهداف انتشار دی اکسید کربن و تشویق به استفاده از منابع انرژی پاک دیده می شود. بسیاری از دولت ها نیز استانداردهای پرتوفیلوی تجدید پذیر را جهت ارتقای تولید انرژی الکتریکی تجدید پذیر، کارایی انرژی و سایر فناوری های انرژی پاک، برای مثال دریافت و ذخیره ی کربن، ایجاد کرده اند. ایالت کارولینای جنوبی اخیرا لایحه ی House Bill 1189 را تصویب کرد که بر طبق آن تا سال 2021 دو درصد از تولید انرژی الکتریکی باید از طریق منابع تجدید پذیر باشد (لایحه 1189 متن نسخه ی قبلی 2014). 

نتیجه گیری

در بخش نتیجه گیری، این مطالعه پیشنهاد می کند که الکتریسیته تولید شده توسط انسان باید برای کارایی بهتر در تبدیل الکتریسیته و تحلیل در نواحی دور از دسترس، که به تامین کنندگان وابسته ی الکتریسیته و یا منابع تجدید پذیر دسترسی وجود ندارد، تحلیل شود. الکتریسیته ی تولید شده توسط انسان ممکن است راه حل ایده آلی برای جایگزینی انرژی های فسیلی نباشد، اما بررسی خط مشی های لحاظ کردن الکتریسیته تولید شده توسط انسان تحت RPS در شرایط بسیار محدود نظیر باشگاه ورزشی مفید خواهد بود. اضافه کردن آن به فهرست انرژی های تجدید پذیر می تواند منجر به ارتقای سبک زندگی سالم تر و اصلاح نرخ چاقی شود. اگرچه این مطالعه نتیجه می گیرد که انرژی خورشیدی از نظر اقتصادی ، مثلا دوره بازپرداخت یا LCOE، بر انرژی تولید شده توسط انسان برتری دارد.

Abstract

Energy and human’s ability to transform energy into useful work has been the cornerstone of the development of civilizations. Throughout the majority of human existence, we relied solely on metabolic energy derived from plants and animals. In only a few centuries, society has almost completely transformed, from relying on somatic energy to become almost entirely dependent on fossil fuels. The combustion of hydrocarbon energy resources has had detrimental impacts on our environment, which has initiated a push for clean energy. This research study explores the metabolic energy output of humans, specifically within an exercise facility, to evaluate the feasibility of electrical power to be sustained from human-powered energy. Two rowing workouts were evaluated and then compared to solar photovoltaic as an alternative renewable energy. The result of the study demonstrates that 40 members of various physical abilities can collaboratively provide 3–5% of the gym’s average daily electricity demand if converted at an efficiency of 64%. The cost of converting the rowing machines resulted in a 33-year payback period.

Introduction

The development of pre-industrial civilization was powered by metabolic energy of humans and animals. Over time, advancements in technology and engineering have moved us away from human’s endosomatic1 (metabolic) power to become almost entirely dependent on fossil fuels. Growing populations, increasing quality of life, and diminishing resources have put significant stress upon the energy sector to meet increasing demand for fossil fuels, whereas environmental concerns, most notably climate change, have prompted decreasing usage. In 2016, the Environmental Protection Agency (EPA) implemented the Clean Power Plan, issuing carbon dioxide emission goals and encouraging the use of clean energy resources. Many states have also developed renewable portfolio standards (RPS) to promote the adoption of renewable electricity generation, energy efficiency, and other clean energy technologies, for example carbon capture and storage. The state of South Carolina has recently passed the House Bill 1189, which requires 2% of electricity generation from renewable energy resources by 2021 ((2013–2014) Bill 1189 Text of Previous Version 2014).

Conclusions

In conclusion, this study suggests that human-generated electricity should be further analyzed for better efficiencies in electricity conversion and further analyzed in remote areas that do not have access to dependable electricity providers or alternative renewable resources. Human-generated electricity may not be the ideal solution for replacing fossil energy, but may be worth exploring policies to count humanpowered electricity under the RPS under very limited situations, i.e., within gyms. Adding it to the list of renewable generation could promote healthier lifestyles and ameliorate the obesity rate. However, this study concludes that solar PV is preferable to human-powered electricity in most economic respects, such as payback period or LCOE.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تولید برق با نیروی انسانی به عنوان یک منبع تجدید پذیر

Human-Powered Electricity Generation as a Renewable Resource

استراتژی زمانبندی کوتاه مدت برای هاب مبتنی بر انرژی باد: رویکرد تصادفی ترکیبی / IGDT

Short-Term Scheduling Strategy for Wind-Based Energy Hub: A Hybrid Stochastic/IGDT Approach

چکیده

علائم

پارامترها

متغیرها

توابع

I. مقدمه

A. تعریف مسئله و انگیزه

B. مروری بر ادبیات علمی

C. مشارکت‌ها

D. سازمان‌دهی مقاله

II. زمان‌بندی هاب انرژی برمبنای بهینه‌سازی IGDT/تصادفی ترکیبی

A. استراتژی زمان‌بندی برمبنای برنامه‌ریزی تصادفی

B. بهینه‌سازی IGDT/تصادفی هیبریدی

III. نتایج شبیه‌سازی و مباحثه

A. مطالعه موردی I: مثالی روشنگر

B. مطالعه موردی II: سیستم تغییر داده‌شده آزمون 34 گره‌ای IEEE

C. مقایسه روش ترکیبی ارائه‌شده با رویکردهای تصادفی خالص و قطعی برای قیمت‌های واقعی

IV. نتیجه‌گیری

چکیده

این مقاله، مسئله زمان‌بندی در سیستم هاب انرژی را از طریق رویکرد تئوری تصمیم شکاف اطلاعات (IGDT)/تصادفی هیبریدی مورد ارزیابی قرار می‌دهد. این دستگاه‌های هاب متشکل از توربین‌های بادی، واحدهای تجمیع شده توان و حرارت (CHP)، بویلرهای کمکی و دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی است. با فرض اینکه هاب انرژی به‌عنوان اتصالی میان زیرساخت‌های انرژی مختلف نقشی غیرقابل‌انکار بازی می‌کند، هنوز بررسی این هاب ها از جنبه‌های مدل‌سازی و زمان‌بندی ضروری است. از سوی دیگر، در سال‌های اخیر نفوذ تولید توان بادی در زیرساخت‌های انرژی به‌طور چشم‌گیری افزایش پیداکرده است. به همین منظور، این مقاله برای زمان‌بندی بهینه در هاب انرژی یکپارچه بادی روی روش بهینه‌سازی IGDT/ تصادفی هیبریدی تمرکز کرده است. این کار با در نظرگیری عدم قطعیت تولید انرژی بادی، قیمت انرژی و تقاضا انرژی صورت گرفته است. روش ما به صورتی بوده است که نه‌تنها می‌تواند به راه‌حل بهینه جهانی دست پیدا کند بلکه حجم محاسبات نیز می‌تواند کمتر شود. علاوه بر این، اپراتور تاب انرژی توسط مدل هیبریدی ارائه‌شده می‌تواند برای مواجهه با عدم قطعیت قیمت، دو استراتژی مختلف را دنبال کند. برای مثال، استراتژی خطر جو و خطر گریز. این روش مسئله به‌وسیله برنامه‌نویسی غیرخطی، یکپارچه و ترکیبی (MINLP) باعث بهینه‌سازی مسئله زمان‌بندی هاب انرژی در محیطی نامطمئن می‌شود. این فرمول سازی ارائه شدت است تا هزینه مورد انتظار در عملیات هاب انرژی را کمینه کند. چنین عملی درجایی رخ می‌دهد که تقاضاهای مختلف انرژی از هاب انرژی به صورتی کارآمد پاسخ داده می‌شود. خطاهای پیش‌بینی در مورد عدم قطعیت‌ها مرتبط به تولید توان بادی است و تقاضا انرژی به‌صورت یک سناریو مدل‌سازی شده‌اند درحالی‌که رویکرد بهینه‌سازی IGDT برای مدل‌سازی عدم قطعیت قیمت الکتریسیته ارائه‌شده است.

A. تعریف مسئله و انگیزه

هرچقدر که نفوذ منابع انرژی تجدید پذیر متناوب در زیرساخت انرژی افزایشی چشمگیر پیدا می‌کند، تناوب و تغییرپذیری تولید تجدید پذیر منجر به ایجاد چالش‌هایی بزرگ در زمان‌بندی زیرساخت انرژی می‌شود. در میان منابع انرژی تجدید پذیر، تولید بادی بخش قابل‌توجهی از تولیدات تجدید پذیر را به خود اختصاص داده است. بهره‌وری تعادل و هزینه‌های عملیاتی حاشیه‌ای پایین علت چنین اتفاقی است. بااین‌حال، احتمال دارد که تأثیرات پیش‌بینی پذیری پایین و عدم قطعیت در تولید بادی و نیز تبدیل احتمال بالقوه در این نوع از منابع به راه‌حلی واقعی، توسط همگام‌سازی زیرساخت‌های انرژی مختلف کمتر شود. یک هاب انرژی می‌تواند به‌عنوان یک رابط بین زیرساخت‌های مختلف انرژی مانند شبکه‌های الکتریسیته و گاز طبیعی تعریف شود. از سوی دیگر، یک هاب انرژی می‌تواند مصرف انرژی اولیه، انتشار متوالی آلاینده‌ها و هزینه مصرف انرژی را کاهش دهد. اخیراً باهدف تأمین تقاضاهای انرژی درروشی اقتصادی، سازگار با محیط‌زیست و قابل‌اتکا، به‌شدت روی برنامه‌ریزی، عملیات و مدیریت انرژی در هاب انرژی تحقیق‌شده است. مسئله اصلی در طرح‌ریزی و زمان‌بندی کارهای همراه با چنین تحقیقاتی در نظرگیری تأثیرات عدم قطعیت همراه باانرژی بادی، تقاضا انرژی و تعرفه‌های بازار انرژی است. به‌طوری‌که بتوان به تمام تقاضاهای انرژی پاسخ گفت درحالی‌که هزینه تأمین انرژی مشتریان کمینه باشد.

IV. نتیجه‌گیری

 در این مقاله، یک استراتژی زمان‌بندی برای یک سیستم هاب انرژی بر مبنای بهینه‌سازی IGDT/تصادفی ترکیبی ارائه‌شده است. خروجی‌های غیرقطعی از تقاضاهای انرژی و تولید باد از طریق سناریوها مدل‌سازی شده‌اند درحالی‌که بهینه‌سازی IGDT برای دستیابی به حدفاصلی برای قیمت الکتریسیته پیاده‌سازی شده است. این موضوع در جهت مطالعه توابع موقعیت و مقاوم بوده است. اپراتور هاب انرژی توسط مدل ترکیبی ارائه‌شده می‌تواند استراتژی‌های ریسک جو و ریسک گریز را به‌منظور مواجهه با عدم قطعیت قیمت ره‌گیری کند. بار محاسباتی مسئله با پیاده‌سازی روش بهینه‌سازی IGDT/تصادفی هیبریدی برای زمان‌بندی بهینه در هاب انرژی مجتمع بادی، افزایش پیدا می‌کند. درنهایت، نتایج عددی به‌دست‌آمده از موارد مطالعه شده، تناسب و سودمندی روش ارائه‌شده را تصدیق می‌نمایند. نشان داده‌شده که با پیاده‌سازی استراتژی‌های مختلف ارائه‌شده توسط مدل IGDT/ تصادفی ترکیبی، مانند استراتژی‌های ریسک جو و ریسک گریز می‌توان درجه آزادی بیشتری برای اپراتور هاب انرژی در بازار انرژی تنظیم‌نشده مهیا کرد.

Abstract

This paper evaluates the scheduling problem for energy hub system consisting of wind turbine, combined heat and power units, auxiliary boilers, and energy storage devices via hybrid stochastic/information gap decision theory (IGDT) approach. Considering that energy hub plays an undeniable role as the coupling among various energy infrastructures, still it is essential to be investigated in both modeling and scheduling aspects. On the other hand, penetration of wind power generation is significantly increased in energy infrastructures in recent years. In response, this paper aims to focus on the hybrid stochastic/IGDT optimization method for the optimal scheduling of wind integrated energy hub considering the uncertainties of wind power generation, energy prices and energy demands explicitly in a way that not only global optimal solution can be reached, but also volume of computations can be lighten. In addition, by the proposed hybrid model, the energy hub operator can pursue two different strategies to face with price uncertainty, i.e., risk-seeker strategy and risk-averse strategy. This method optimizes energy hub scheduling problem in uncertain environment by mixed-integer nonlinear programming. This formulation is proposed to minimize the expected operation cost of energy hub where different energy demands of energy hub would be efficiently met. The forecast errors of uncertainties related to wind power generation and energy demands are modeled as a scenario, while an IGDT optimization approach is proposed to model electricity price uncertainty. 

A. Motivation and Problem Description

As the penetration of intermittent renewable energy resources increase substantially in energy infrastructures, renewable generation intermittency and variability causes big challenges on energy infrastructure scheduling. Among the renewable energy resources, wind generation assigns a remarkable portion of the renewable generations, due to energy balance efficiency and low marginal operating costs [1]. However, one possibility to smooth the effect of limited predictability and uncertainty of wind generation as well as convert potential possibility of these kinds of resources into actual solutions is coordinating different energy infrastructures [2]. An energy hub can be defined as an interface between various energy infrastructures such as electricity and natural gas networks [3-5]. On the other hand, an energy hub can reduce consumption of primary energy, the sequential pollutant emissions and the cost of energy consumption [4, 6]. Towards the goal of supplying energy demands in an economical, environmentally friendly and reliable way, planning, operation, and energy management of energy hub systems have been extensively investigated recently. An essential problem of the associated planning and scheduling tasks is to consider the effect of uncertainties associated with wind power, energy demands and energy market tariffs so that total energy demands can be served, while the cost of serving energy to customers is minimized.

IV. CONCLUSION

In this paper, a scheduling strategy for an energy hub system based on hybrid stochastic/IGDT optimization is proposed. The uncertain outputs of wind generation and energy demands are modeled via scenarios, while an IGDT optimization is implemented to find an interval for electricity price to study the robustness and opportunity functions. By the proposed hybrid model, the energy hub operator can track risk-averse and risk-seeker strategies to face with price uncertainty. By implementing the hybrid stochastic/IGDT optimization method for the optimal scheduling of wind integrated energy hub, the computation burden of the problem is decreased. Finally, the numerical results obtained from the studied cases verified the appropriateness and usefulness of the proposed method, where it is shown that by applying different strategies such as risk-averse and risk-seeker strategies provided by hybrid stochastic/IGDT model grants additional degree of freedom in deregulated energy markets for energy hub operator.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

استراتژی زمانبندی کوتاه مدت برای هاب مبتنی بر انرژی باد: رویکرد تصادفی ترکیبی / IGDT

Short-Term Scheduling Strategy for Wind-Based Energy Hub: A Hybrid Stochastic/IGDT Approach

هزینه های ادغام کوتاه مدت انرژی های تجدیدپذیر متغیر: کاهش و تعدیل باد در بریتانیا و آلمان

Short-term integration costs of variable renewable energy: Wind curtailment and balancing in Britain and Germany

چکیده

1 مقدمه

2 هزینه های محدودیت

3 سیستم های تعادل در بریتانیا و آلمان

4 گزینه های سیاسی برای رفع هزینه های ایجاد تعادل

5 جمع بندی

منابع

چکیده

     بریتانیا و آلمان شاهد رشد گسترده ای در زمینه انرژی های تجدید پذیر متغیر (VRE) در دهه اخیر بوده اند. بسیاری از مطالعه ها نشان می دهد که این موضوع باعث می شود که هزینه های عملیاتی سیستم های قدرت به صورت کوتاه مدت برای تعادل و مدیریت ازدحام، افزایش پیدا کند. ما توسعه های واقعی این هزینه ها، تخصیص آن ها و کاربرد های سیاسی در هر دو کشور را بررسی می کنیم.
از سال 2010، هزینه های عملیات سیستم ها 62% در بریتانیا افزایش یافته است ( به صورت یک افزایش 5 برابری در ظرفیت VRE) و در آلمان نیز تقریبا همین شرایط بوده است ( البته ظرفیت در آلمان دو برابر شده است). در این زمینه، ایجاد تعادل در هزینه ها در بریتانیا ثابت مانده است (4%-) و در آلمان به صورت محسوس کاهش یافته است (72%-) در حالی که هزینه های مدیریت ازدحام 74% در بریتانیا و 14 برابر در آلمان افزایش داشته است. هزینه های کاهش تولید انرژی بادی نیز سال به سال متغیر می باشد و زمانی که به روز رسانی های برنامه ریزی شده برای شبکه و به روز رسانی های جاری تکمیل شوند، قطعا این هزینه ها باید به صورت محسوس کاهش پیدا کنند. نرخ کاهش تولید برای مزارع به 4 تا 5% در آلمان و 5 تا 6% در بریتانیا افزایش داشته است ( 0 تا 1 % برای مزرعه های بادی دریایی و 15 تا 16% نیز برای مزارع خشکی در اسکاتلند).

     بحث های سیاسی در رابطه با سیستم های ایجاد تعادل در هر دو کشور به صورت مشابه هستند و بر روی تقویت سیگنال های قیمت عدم تعادل و میزان تحمل ژنراتور های VRE از نظر هزینه های یکپارچه سازی می باشند. هر دو کشور میتوانند از بازار تعادلی یکدیگر و طراحی های کاهش عدم تعادل، درس های مفیدی را به دست بیاورند. بریتانیا باید بازار تعادل خودش را اصلاح کند تا شفافیت و رقابت بیشتری داشته باشد و فعالان جدید بتوانند در آن شروع به کار کنند ( به خصوص برای ژنراتور های VRE). بازه های تجارت کوتاه تر و بسته شدن درگاه ها نیازمند مشارکت بازار بوده و باعث توانمندی آن ها می شود تا بتوانند مسئولین بیشتری برای تعادل بازار را در اختیار داشته باشند. آلمان باید یک بازار انرژی رزرو را هم در نظر داشته باشد و سعی کند که از قیمت گذاری های حاشیه ای برای عدم تعادل استفاده کند.

هزینه های محدودیت
     این بخش هزینه های مدیریت ازدحام شبکه و تخصیص آن ها در بریتانیا و آلمان را بررسی می کند. معیار های توزیع مجدد در این قسمت برای مدیریت کردن ازدحام مورد استفاده قرار می گیرد به این صورت که قبل از ازدحام نیروگاه تولید خودش را کاهش می دهد و دوباره بعد از آن، تولید خودش را افزایش می دهد در نتیجه تعادل انرژی خودش را در کل سیستم حفظ می کند.

     در بریتانیا و آلمان، ژنراتور های بادی بیشتر در قسمت شمالی کشور قرار گرفته اند که این موضوع به دلیل دسترسی بهتر به زمین و باد می باشد در حالی که نیاز بیشتر در قسمت مرکزی و جنوبی کشور می باشد. این موضوع باعث شده است که شبکه های توزیع تحت فشار قرار بگیرند و پروژه های مختلفی اجرا شده است تا ظرفیت های شبکه های توزیع شمال به جنوب تقویت شود و این برنامه ها در آلمان و بریتانیا برنامه ریزی شده و در حال اجرا هستند [30 و 31].

مدیریت ازدحام و تخصیص هزینه های آن در آلمان
     TSO های آلمان به صورت پیمان کاری این حق را برای خودشان تضمین کرده اند که در صورت ازدحام شبکه، بتوانند مشخصات تولید را تغییر دهند. به علاوه، آن ها از ظرفیت های پیمان کاری رزرو برای مدیریت ازدحام استفاده می کنند که با نام Netzreserve ( رزرو شبکه) شناخته می شود [32]. TSO ها نیاز برای این ظرفیت های رزرو را ارزیابی می کنند که باید توسط Bundesnetzagentur تایید شود تا بتوانند بودجه های مورد نیاز برای آن ها را تامین کنند. رزرو شبکه به عنوان یک معیار موقتی در نظر گرفته می شود که باید با استفاده از تقویت مناسب شبکه و توسعه آن، به تدریج کنار گذاشته شود. برنامه های دولت، توسعه رزرو شبکه تا سال 2023 می باشد (برنامه ریزی شده بود که تا سال 2017 از این سیستم های رزرو استفاده شود) [34].

مدیریت انرژی دو مرحله ای برای ریز شبکه های با نفوذ تجدیدپذیر بالا

Two-stage energy management for networked microgrids with high renewable penetration

چکیده

1. مقدمه

2. تعریف مسئله

2.1. اجزا و شکل MGهای شبکه سازی شده

2.2. استراتژی پیشنهادی

3. مدل سازی اجزا

3.1. CDGها

3.2. BESS

3.3. بار قابل کنترل

3.4. مجموعه های نامشخص از RESها، بار و قیمت برق

3.5. مدل بازار

4. مدل عملیاتی دو مرحله ای پیشنهادی

4.1. مدل زمان بندی بهینه ساعتی روز بعد

4.2. مدل توزیع زمان واقعی 5 دقیقه ای

5. مطالعات موردی

5.1. راه اندازی

5.2. نتایج و بحث

6. نتیجه گیری و چالش تحقیقات آینده

چکیده

شبکه سازی (برقراری ارتباط) ریزشبکه ها توجه روز افزونی را در سال های اخیر به خود جلب کرده است که نیازمند مدیریت تردید مرتبط با تغییرات در سیستم است. در این مقاله، یک استراتژی مدیریت انرژی دو مرحله ای برای ریزشبکه های شبکه سازی شده در حضور منابع تجدید پذیر بالا توسعه یافته است. این، به منظور مقابله با تغییرات احتمالی روزانه منابع انرژی تجدید پذیر، بار الکتریکی و قیمت برق، مدیریت انرژی ریزشبکه ها را به دو مرحله تقسیم می کند. در اولین مرحله (مقیاس زمانی ساعت به ساعت)، یک روش کنترل ترکیبی سلسله مراتبی برای ریزشبکه های شبکه سازی شده، با هدف به حداقل رساندن هزینه های عملیاتی سیستم اعمال شده است. تئوری واریانس میانگین Markowitz، برای ارزیابی ریسک تغییر پذیری هزینه عملیاتی به دلیل وجود عدم اطمینان استفاده شده است. در مرحله دوم (مقیاس زمانی 5 دقیقه ای)، مولفه های ریزشبکه ها به منظور به حداقل رساندن هزینه عدم توازن بین بازارهای روز بعد و زمان واقعی، به طور بهینه تنظیم شده اند. مطالعه شبیه سازی بر روی یک سیستم ریزشبکه های ناهماهنگ و همچنین بر روی سیستم شبکه سازی شده پیشنهادی انجام شده است. با توجه به نتایج شبیه سازی، روش پیشنهادی می تواند نتایج زمان بندی بهینه را تعیین کند، هزینه های عملیاتی ریسک گریزی را کاهش دهد و تاثیر عدم اطمینان را کم کند.

1. مقدمه

نگرانی های بسیار زیاد درمورد محدودیت منابع انرژی، تغییرات آب و هوایی و همچنین افزایش قیمت انرژی، کشورها را به سمت افزایش ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر (RESها) با سیستم های قدرت مدرن، عمدتا به شکل پانل های فتوولتائیک خورشیدی و توربین های بادی، هدایت کرده است [1]. یک انتقال از سوخت های فسیلی و تجدید ناپذیر به انرژی تجدید پذیر و پایدار در سراسر جهان در حال رخ دادن است [2]. 

6. نتیجه گیری و چالش تحقیقات آینده

در این مقاله یک استراتژی مدیریت انرژی دو مرحله ای، یعنی یک زمان بندی یک ساعته روز بعد و توزیع زمان واقعی 5 دقیقه ای، برای MG های شبکه سازی شده در حضور نفوذ تجدید پذیر بالا پیشنهاد می دهد. در مرحله زمان بندی روز بعد، یک روش کنترل سیستم مدیریت انرژی ترکیبی با توجه به ساختار سلسله مراتبی ریزشبکه های شبکه سازی شده، اتخاذ شده است. هدف کنترل، به حداقل رساندن هزینه عملیات با یک مبنای روزانه است و تغییرات هزینه عملیاتی از طریق ادغام تئوری میانگین واریانس Markowitz با تابع هدف کنترل شده اند. عدم اطمینان خروجی منابع انرژی تجدیدپذیر، بار الکتریکی و قیمت برق در مرحله اول مورد توجه قرار گرفته اند. 

Abstract

Networking of microgrids has received increasing attentions in recent years, which requires the uncertainty management associated with variations in the system. In this paper, a two-stage energy management strategy is developed for networked microgrids under the presence of high renewable resources. It decomposes the microgrids energy management into two stages to counteract the intra-day stochastic variations of renewable energy resources, electricity load and electricity prices. In the first stage (hourly time scale), a hierarchical hybrid control method is employed for networked microgrids, aiming to minimize the system operation cost. The mean–variance Markowitz theory is employed to assess the risk of operation cost variability due to the presence of uncertainties. In the second stage (5-min time scale), the components in microgrids are optimally adjusted to minimize the imbalance cost between day-ahead and real-time markets. Simulation study is conducted on an uncoordinated microgrids system as well as on the proposed networked system. According to the simulation results, the proposed method can identify optimal scheduling results, reduce operation costs of risk-aversion, and mitigate the impact of uncertainties.

1. Introduction

Heightened concerns about energy resource limits, climate change, as well as increasing energy prices, has led countries to increased integration of renewable energy sources (RESs) into modern power systems, primarily in the form of solar photovoltaic panels and wind turbines [1]. A transition from fossil-based and non-renewable fuels to renewable and sustainable energy is occurring around the world [2].

6. Conclusions and future research challenge

This paper proposes a two-stage, i.e. an hourly day-ahead scheduling and 5-min real-time dispatch, energy management strategy for networked MGs in the presence of high renewable penetration. In the day-ahead scheduling stage, a hybrid energy management system control method is adopted considering the hierarchical structure of networked microgrids The control objective is to minimize the operation cost on a daily basis and the operation cost variations are captured by incorporating mean-variance Markowitz theory into the objective function. Uncertainties on renewable energy resources output, electricity load, and electricity price are addressed in the first stage.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مدیریت انرژی دو مرحله ای برای ریز شبکه های با نفوذ تجدیدپذیر بالا

Two-stage energy management for networked microgrids with high renewable penetration

آنالیز عملکرد دینامیکی، بهبود حاشیه پایداری و افزایش قابلیت انتقال توان در توربین های بادی مبتنی بر DFIG در شرایط شبکه AC ضعیف

Dynamic performance analysis, stability margin improvement and transfer power capability enhancement in DFIG based wind turbines at weak ac grid conditions

12559

چکیده

1 مقدمه

2 سنکرون‌سازی DFIG و دینامیک‌های PLL

3 مدلسازی دینامیک‌های استاتور و روتور در توربین بادیِ مبتنی بر DFIG

4 تحلیل پایداری سیگنال کوچک

5 تغییر کنترل RSC و شبیه‌سازیِ امپدانس

6 نتایج شبیه‌سازی

7 نتیجه

منابع

چکیده

     مزارع بادی معمولاً در نقاطی دوردست واقعند که با شبکه برق و مراکز بار فاصله زیادی دارند. از این رو، خطوط انتقال طویلی که بین مزارع بادی و شبکه برق بکار می‌رود، باعث کاهش مقدار قدرت شبکه در نقطه اتصال می‌شود. مقاله حاضر نخست به بررسی پایدرای توربین بادی DFIGی متصل‌به‌شبکه با لحاظ کردن دینامیک‌های PLL می‌پردازد و آنگاه رویکرد کنترل کارآمد را به منظور پایدارسازی سیستم و ارتقای قابلیت انتقال توان در شرایطِ ضعیف شبکه، ارائه می‌دهد. از این رو، مدلسازی دینامیک یکپارچه‌ی کل DFIG، از جمله دینامیک‌های PLL، شار استاتور، جریان روتور، رانشگر، دیسی-لینک، کنترلرهای جریانِ کانورتور سمت روتور (RSC) و کانورتور سمت شبکه (GSC)، ولتاژ دیسی-لینک و کنترلرهای سرعت ژنراتور و شبکه ارائه می‌شود. آنگاه پایداری سیگنال کوچکِ سیستم کامل اجرا شده و تاثیر نسبت اتصال‌ کوتاهِ شبکه (SCR) بر پایداری سیستم مورد بررسی قرار می‌گیرد. سپس ساختار کنترل روتور به منظور افزایش حاشیه پایداری و قابلیت انتقال توان تحت وضعیت شبکه‌ی ضعیف، اصلاح می‌شود. با ساختار کنترل اصلاح‌شده، SCR شبکه مجازاً افزایش می‌یابد تا عملکرد سیستم در اتصالات شبکه‌ی ضعیف بهبود یابد. سرانجام اینکه نتایج تحلیل‌های نظری توسط شبیه‌سازی دامنه زمان که توسط محیط شبیه‌سازِ متلب اجرا می‌شود، تایید می‌گردد.

2. سنکرون‌سازی DFIG و دینامیک‌های PLL

     لوپ قفل‌شده‌ی فاز (PLL)، بریکی از اجزای ساختمانیِ پایه است که در توربین‌های بادی مبتنی بر DFIGی متصل به شبکه، برای سنکرونسازیِ شبکه بکار می‌رود. فریم مرجعِ سنکرون PLL (SRF-PLL)، رایج‌ترین نوع PLL است که در مصارف سه‌فاز استفاده گسترده‌ای دارد. در این مقاله، RSC و GSC در فریم dq با جهت ولتاژ استاتور (SVO)، کنترل می‌شود، که در آن محور d با بردار ولتاژ استاتور همراستا است. به منظور انجام این کار، SRF-PLL پیاده‌سازی می‌شود تا فاز و فرکانس ولتاژ استاتور را استخراج کند. تصویر 2، ساختار SRF-PLL را نشان داده است که در آن نخست، ولتاژهای سه‌فازِ ساتاتور vsabc به فریم ثابت منتقل می‌شوند و آنگاه با استفاده از آرگومان өpll به فریم رفرنس dq، Vsβ به فریم رفرنس dqی چرخان تبدیل می‌شود که ө زاویه فازی است که توسط PLL استخراج می‌شود. زاویه فاز ө با استفاده از یک کنترلر PI در یک لوپ فیدبک بدست می‌آید که مولفه‌ی qی ولتاژ استاتور را به سمت صفر می‌راند، یعنی vsq= 0, vsd= vs. در تصویر 2، ولتاژ سه‌فاز استاتور در هر یونیت هست.

3. مدلسازی دینامیک‌های استاتور و روتور در توربین بادیِ مبتنی بر DFIG

     در این بخش، مدل دینامیک توربین بادی مبتنی بر DFIG در فریم مرجعِ سنکورن dq با جهت ولتاژ استاتور (SVO) ارائه می‌شود. در این روش، مسیر مثبت جریانهای روتور و استاتور، در سیم‌پیچ‌ها لحاظ می‌شود و تمام پارامترها و متغیرها بصورت پِریونیت ارائه می‌شود. لازم به ذکر است که برای کنترل DFIG در فریم SVO، دو فریم dq نیاز داریم: 1) فریم PLL dq که در آن زاویه ө که بر اساس PLL برآورد شده است، به منظور تبدیل dq بکار می‌رود، 2) فریم ایده‌ال dq که در آن زاویه ө به منظور تبدیل dq بکار می‌رود و محور d همیشه کاملاً با بردار ولتاژ استاتور همسو است. در وضعیت باثبات، өPLL= өg می‌شود و هم PLL و dqی ایده‌آل یکسان می‌شوند، اما این این الزاماً طی وضعیت گذرا صدق نمی‌کند. در شرایط واقعی، ما دسترسی مستقیمی به өg نداریم و بنابراین برای تبدیل dq از өpll بعنوان مقدار برآوردشده‌ی өg استفاده می‌کنیم. بعبارت دیگر، در شرایط واقعی، بواقع معادلات ماشین را به فریم رفرنس PLL برای تحلیل سیستم و طراحی کنترلر، تبدیل می‌کنیم.

1-3 مدلسازی استاتور و شبکه
    در تصویر 1، DFIG به شبکه متصل است که از سمت استاتورف، ترانسفورماتور توربین بادی، خط انتقال و شبکه را می‌توان با مدار تِوننی مدلسازی کرد که شامل باس نامتناهی e سری‌شده با مقاومت R و اندوکتانس L است (تصویر 4). با در نظر گرفتن تصویر 4، شکل خطی‌شده‌ی دینامیک‌های شبکه را می‌توان با معادله زیر، بصورت تابعی از شار و جریان استاتور و جریان GSC شرح داد.

عملیات هوشمند شبکه های هوشمند یکپارچه با تولید توزیع شده: یک بررسی

Smart operations of smart grids integrated with distributed generation: A review

چکیده

1- مقدمه

2- انگیزه وهدف این مقاله مروری

3- فناوری شبکه هوشمند

4- مدیریت سمت تقاضا

4-1 مزایا و مراحل DSM

5- پاسخگویی سمت بار

5-1 مزایا و چالش‌ها

6- تولید پراکنده

6-1 مفهوم میکروگرید

6-2 نقش منابع انرژی تجدید پذیر و دستگاه‌های ذخیره انرژی

6-3 چالش‌ها

7-دستگاه‌های هوشمند

7-1 چالش‌های مربوط به پیاده سازی دستگاه‌های هوشمند

8-نکات کلیدی این مقاله مروری و مشاهدات

8-1 نکات کلیدی و بحث

8-2 مشاهدات

9- نتیجه گیری

چکیده

در طی چند سال اخیر، کشورهای بسیاری در دنیا علاقه قابل توجهی به فناوری شبکه هوشمند نشان داده‌اند. آن‌ها با چالش‌های بسیاری در فرایند استقرار این فناوری در سطح زمین مواجه هستند. از این روی یک تحقیق برنامه ریزی شده برای مقابله با این چالش‌ها در حال حاضر لازم است. این مقاله، توصیف دقیقی از پیشرفت‌های انجام شده در زمینه مدیریت سمت تقاضا، برنامه‌های پاسخگویی بار، تولیدپراکنده، مسائل فنی در مسیر پیشرفت و مزایای کلیدی حاصله پس از استقرار نهایی این برنامه‌ها ارائه می‌کند. منابع انرژی تجدید پذیر نیز به بخش اصلی تولید پراکنده تبدیل شده و راه حلی را برای مسائل محیطی ناشی از نیروگاه‌های برق سنتی در اختیار می‌گذارد. تعداد کمی از کشورها بر روی استقرار سیستم اندازه گیری پیشرفته کار کرده‌اند. در همین راستا، دامنه تحقیقات در برنامه‌های مختلف فناوری شبکه هوشمند بررسی شده است.

9- نتیجه گیری

در این مقاله ما مشاهده کردیم که یک شبکه هوشمند، یک فناوری نوظهور بوده و تحقیقات رو به رشدی در رشته‌ها و زمینه‌های مختلف شبکه هوشمند در حال انجام است. بسیاری از کشورهای توسعه یافته از این فناوری در شبکه الکتریسیته خود استفاده کرده‌اند. با این حال بسیاری از کشورهای دیگروجود دارند که هنوز در زمینه فناوری شبکه هوشمند رشد اندکی داشته‌اند. تعداد زیادی از مقالات پژوهشی مرور شده در بر گیرنده دانش مربوط به فناوری شبکه هوشمند، اجزای مختلف شبکه هوشمند نظیر مدیریت سمت تقاضا، پاسخ تقاضا، تولید پراکنده، دستگاه‌های هوشمند بوده‌اند. هر جزء شبکه هوشمند به طور دقیق برسی شده است و جزییات مربوط به پیشرفت، روش‌های کنترل برای بهبود فرایند، مزایای پیاده سازی و چالش‌های فنی در پیشرفت آن‌ها توضیح داده شده است. نتایج نشان داده است که ابزارهای مختلف حل مسئله نظیر الگوریتم‌های تکاملی، الگوریتم‌های پراکنده جدید، کنترل پیش بین مدل، تئوری بازی به طور پیوسته توسط محققان برای دست یابی به راه حل مسائل مدیریت انرژی سمت تقاضا استفاده شده‌اند. برای مقابله با مسائل محیطی ناشی از نیروگاه‌های برق سنتی، منابع انرژی پراکنده به عنوان یک راه حل مطرح شده است. جزییات یکپارچه سازی RER های مختلف نظیر انرژیباد، PV، وسایل الکتریکی، سیستم‌های ذخیره انرژی، نقش آن‌ها در هموار سازی منحنی تقاضا و چالش‌های پیاده سازی آن‌ها در مقاله مروری ما گنجانده شد.

Abstract

In last few years, many countries in the world have shown huge interest in smart grid technology. They are facing many challenges in the process of deployment of this technology at ground level. Hence a planned research is required to meet those challenges within time. This paper provides a detailed description of progress in the field of demand side management, demand response programs, distributed generation, technical issues in the way of their progress and key advantages, which will be received after the final deployment of these programs. Renewable energy resources are also becoming a main part of distributed generation, which provides a solution for environmental problems caused by conventional power plants. Few countries are working on the deployment of the advanced metering system. Along with this, the scope of research in various programs of smart grid technology has been explored.

9- Conclusion

In this paper, we have observed that a smart grid is an emerging technology with growing research in various fields of smart grid. Many developed countries have already started using this technology in their electricity network. But there are many other countries which are lagging in the area of smart grid technology. Large numbers of research papers have been reviewed to include best basic knowledge of smart grid technology, various smart grid components like demand side management, demand response, distributed generation, smart devices. Each component of the smart grid has been explored in detail and details of their continue progress, controlling methods for the improvement of their process, benefits with their implementation and technical challenges in their advancement have been explained in detail. It is also found that various problem solution tools like evolutionary algorithms, novel distributed algorithms, model predictive control, game theory, etc. have been frequently used by the researchers to get the solution of demand side energy management problems. To deal with the environmental issues occurring due to conventional power plants, distributed energy resources have been found as a solution. Detail of integration of various RERs like wind generation, PV generation, etc., electric vehicles, energy storage systems, their role in smoothening the demand curve and challenges in their implementation has been included in our review.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

عملیات هوشمند شبکه های هوشمند یکپارچه با تولید توزیع شده: یک بررسی

Smart operations of smart grids integrated with distributed generation: A review