ابر رساناها موادی هستند، که مقاومتشان از صفر تا یک مقدار بسیار بالا قابل تغییر می‌باشد. زمانی که چگالی جریان از مقدار بحرانی آن بالاتر رود یا اینکه دمای آن از دمای بحرانی بالاتر رود به سرعت مقاومت ابررسانا تغییر کرده و به یک آلیاژ با مقاومت بالا تبدیل می‌شود. در محدودکننده‌های جریان خطای ابررسانا از این خاصیت ابررساناها استفاده می‌شود. این نوع محدودکننده‌ها دارای ساختارهای مختلفی می‌باشند، که به برخی از آنها به طور مختصر اشاره می‌شود.
الف) نوع مقاومتی^[۳۳]
همانگونه که در شکل ۲-۸ دیده شده می‌توان این محدود کننده‌ها را با یک مقاومت متغیر مدل نمود. در شکل ۲-۹ و شکل ۲-۱۰ تغییرات اندازه مقاومت ابررسانا با تغییرات دما و چگالی جریان نشان داده شده است [۳۳, ۳۴].
شکل ‏۲‑۸: مدل یک سیم ابررسانا در دماها و جریانهای مختلف
شکل ‏۲‑۹: تغییرات مقاومت ابررسانا با تغییرات دما
شکل ‏۲‑۱۰: تغییرات مقاومت ابررسانا با تغییرات چگالی جریان
با وقوع خطا در سیستم، چگالی جریان عبوری از ابررسانا افزایش می‌یابد و باعث افزایش مقاومت آن و کاهش جریان اتصال کوتاه می‌شود. در شکل ۲-۱۱ یک نمونه ساخته شده از این نوع محدودکننده نشان داده شده است. [۳۵].
شکل ‏۲‑۱۱: یک نمونه ساخته شده از محدودکننده جریان خطای ابر رسانای نوع مقاومتی
ب) نوع سلفی^[۳۴]
با توجه به شکل ۲-۱۲ این نوع از محدودکننده‌ها از یک ترانسفورماتور تشکیل شده‌اند، که اولیه این ترانسفورماتور با خط سری بوده و ثانویه آن توسط ابررسانا اتصال کوتاه شده است [۳۶].
شکل ‏۲‑۱۲: مدل مداری یک محدودکننده جریان خطای ابررسانای نوع سلفی
با وقوع خطا چگالی جریان و مقاومت ابررسانا افزایش می‌یابد. با افزایش مقاومت ابر رسانا مطابق قسمت (۲) شکل ۲-۱۲ امپدانس معادل سلفی– مقاومتی سری با خط نیز افزایش یافته و باعث محدود ‌شدن جریان اتصال کوتاه می‌شود.
در شکل ۲-۱۳ تغییرات خاصیت مقاومتی و همچنین تغییرات امپدانس معادل با تغییرات چگالی جریان برای یک نمونه از این نوع محدودکننده نشان داده شده است.

شکل ‏۲‑۱۳: تغییرات امپدانس محدودکننده با تغییرات چگالی جریان
در شکل ۲-۱۴ یک نمونه ساخته شده از این نوع محدودکننده نشان داده شده است.
شکل ‏۲‑۱۴: یک نمونه ساخته شده از محدودکننده جریان خطای ابر رسانای نوع سلفی
محدود کننده جریان خطا تک جهته
شکل ۲-۱۵ ساختار سه فازی از محدودکننده جریان خطا تک جهته رزنانسی مبتنی بر سویچ‌های الکترونیک قدرت را نشان داده است. در این ساختار موقعیت خطا در بالادست و پایین‌دست توسط الگوریتم تعیین جریان خطای سریع تشخیص داده شده و بر اساس آن محدود کننده جریان خطا فعال یا غیر فعال می‌باشد. [۳۷]
مروری بر کارهای انجام شده
شکل ‏۲‑۱۵: محدودکننده جریان خطا تک جهته
بیشتر محدودکننده‌های جریان خطا برای کاهش جریان اتصال‌کوتاه شبکه به صورت دوجهته عمل می‌کنند. مرجع [۳۷] عملکرد محدود کننده جریان خطای یک جهته را در یک شبکه شعاعی (بالا‌دست) که یک میکرو گرید (شبکه پایین‌دست) به آن متصل است را بررسی می‌کند و نشان می‌دهد در صورت استفاده از محدود کننده جریان خطای دو جهته، اگر خطا در بالا دست رخ دهد محدود کننده جریان خطای به طور مطلوب عمل می‌کند و اگر خطا در پایین دست رخ دهد در محدود کننده جریان خطای دو جهته باعث کاهش قابلیت اطمینان و انعطاف پذیری شبکه پایین دست می‌شود. در نتیجه‌ی از بین رفتن هماهنگی بین رله‌های اضافه جریان بالا دست و پایین دست و کاهش کیفیت توان بین شبکه بالا دست و پایین دست، از محدود کننده جریان خطا یک جهته استفاده می‌شود.
در مرجع [۳۸] نشان می‌دهد با نصب منابع تولید پراکنده در شبکه توزیع حلقوی IEEE 30 باس هماهنگی حفاظتی بین رله‌های اضافه جریان به هم می‌خورد. به منظور رفع این مشکل در این مقاله نصب محدود کننده جریان خطا که به صورت سری با منبع تولید پراکنده پیشنهاد شده است تا از قطع منبع تولید پراکنده به هنگام بروز خطا و یا تنظیم مجدد پارامتر‌های رله‌های اضافه جریان جلوگیری شود. برای این منظور از الگوریتم تکرار شونده برای بدست آوردن کوچکترین مقدار امپدانس استفاده شده است.
مرجع [۳۹] استفاده از محدودکننده جریان خطا به صورت سری در فیدر‌های وصل کننده شبکه انتقال به شبکه توزیع پیشنهاد داده است و این ایده در دو شبکه توزیع شعاعی ۹ باس و شبکه توزیع حلقوی IEEE 30 باس شبیه سازی شده است. در این مرجع از الگوریتم ژنتیک به منظور پیدا کردن پارامترهای رله‌های اضافه جریان و اندازه محدودکننده‌های جریان خطا در دو مد اتصال به شبکه و جزیره‌ای میکروگرید استفاده شده است.
در مرجع [۳, ۴۰] برای مینیمم کردن زمان حل مسئله از تکنیک آنالیز حساسیت برای پیدا کردن بهترین کاندیدهای موقعیت برای مکان محدود کننده جریان خطا استفاده شده است. این ضریب حساسیت با قرار دادن محدود کننده جریان خطا به صورت سری در یکی از خطوط، مقدار کاهش جریان خطا در هر باس را بعد از فعال شدن محدود کننده جریان خطا به صورت بردار ذخیره کرده است و سه باسی که بیشترین کاهش جریان را نسبت به حالت بدون محدود کننده جریان خطا دارند انتخاب می‌شود. این عمل به تعداد خطوط شبکه تکرار می‌شود و ماتریس ضرایب حساسیت تشکیل می‌شود و با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک تعداد و مکان‌های محدود کننده جریان خطا تعیین می‌شود.
مرجع [۴۱] با تعریف یک ضریب حساسیت بر اساس دو عامل حساسیت جریان خطای ادوات حفاظتی و حساسیت قابلیت اطمینان مصرف‌کنندگان، به بهبود قابلیت اطمینان مصرف‌کنندگان در یک شبکه توزیع که یک منبع تولید پراکنده جدید به آن وصل شده است، پرداخته است.
مرجع [۲, ۴۲] با قرار دادن یک محدود کننده جریان خطای ابر‌رسانا، در یکی از خطوط شبکه حلقوی که یک منبع تولید پراکنده جدید به آن وصل شده است و با اعمال خطای سه فاز بر روی هر باس، تاثیر افزایش امپدانس محدود کننده جریان خطای ابررسانا بر روی کاهش جریان اتصال کوتاه را نشان داده است و سپس با الگوریتم میکرو ژنتیک و HGA به طور همزمان مکان مناسب برای محدود کننده جریان خطا را پیدا کرده است.
مرجع [۴۳] عملکرد محدود کننده جریان خطا را در دو شبکه حلقوی و شعاعی ساده با تعریف کردن دو محدود‌سازی سبک و سنگین بررسی می‌کند. در محدودسازی سبک، مقدار امپدانس محدود کننده جریان خطا کمتر از ۵۰% امپدانس بار نامی است و در محدودسازی سنگین، امپدانس محدود کننده جریان خطا بیشتر از ۵۰% امپدانس بار نامی است. مرجع [۴۳] با شبیه‌سازی نشان داده است که محدود کننده جریان خطا جهت حفظ عملکرد صحیح بریکرها در شبکه شعاعی باید در محدودسازی سبک کار کند. همچنین برای عملکرد صحیح شبکه حلقوی بعد از وصل شدن منبع تولید پراکنده جدید در حالتی که برنامه رله‌ها غیر قابل تغییر باشد باید از محدود سازی سنگین استفاده شود.
مرجع [۴۴] ابتدا در مورد قابلیت اطمینان برای محدود کننده جریان خطای ابررسانا پرداخته و سپس به سنجیدن قابلیت اطمینان تجهیزات حفاظتی در حضور محدود کننده جریان خطا در یک شبکه شعاعی در حضور یک منبع تولیده پراکنده جدید پرداخته است.
مرجع [۲۰] به اثر اضافه کردن منابع تولید پراکنده در شبکه توزیع در بر هم زدن هماهنگی بین رله‌های اضافه جریان پرداخته و دو نوع محدود کننده جریان خطای مقاومتی و راکتیو را مطرح کرده و اثر این دو نوع محدود کننده جریان خطا را بر روی رله‌های اضافه جریان را نشان داده است.
با توجه به مطالعات صورت گرفته بر روی محدود کننده جریان خطا، عملکرد این تجهیز مبتنی بر تکنولوژی، مکان و اندازه می‌باشد. در مرجع [۳۷]، استفاده از محدود کننده جریان خطا تک جهته، در یک شبکه توزیع شعاعی ساده بررسی شده است. در این مرجع، با انجام شبیه سازی و پیاده سازی عملی نشان داده است در صورت نصب محدودکننده جریان خطا تک جهته در فیدر وصل کننده شبکه اصلی و میکروگرید، هماهنگی حفاظتی کل شبکه که به دلیل اتصال منبع تولید پراکنده جدید از حالت هماهنگ خارج شده است به حالت هماهنگ باز می‌گردد. این پایان نامه، عملکرد محدودکننده جریان خطای تک جهته را در سیستم توزیع حلقوی مورد بررسی قرار می‌دهد و با شبیه‌سازی استراتژی‌های مختلف بر روی دو شبکه حلقوی، تاثیر عملکرد مطلوب محدود کننده جریان خطا تک جهته بر روی حفظ هماهنگی سیستم حفاظتی و بهبود کیفیت ولتاژ باس‌های حساس میکروگرید را نشان می‌دهد.
فصل سوم
تشریح روش
مقدمه
اتصال یک منبع تولید پراکنده به شبکه توزیع حلقوی منجر به افزایش جریان اتصال کوتاه و تغییر جهت جریان خطا می‌شود. افزایش سطح جریان اتصال کوتاه از مقدار مجاز در شبکه، منجر به صدمه به تجهیزات موجود در شبکه می‌شود. تجهیزات موجود در میکروگرید با در نظر گرفتن توسعه میکروگرید در آینده طراحی می‌شود. هرچند که تجهیزات موجود در شبکه اصلی، به دلیل مشکلات اضافه ظرفیت بسیار حساس به آسیب دیدن می‌باشد.
به طور معمول شبکه‌های توزیع حلقوی به منظور تامین قابلیت اطمینان و تداوم انتقال توان به مصرف کننده در شبکه توزیع مورد استفاده قرار می‌گیرند. سیستم حفاظت حاکم در شبکه حلقوی شامل رله‌های جهتی اضافه جریان که دارای عملکرد معکوس زمانی است، که جریان خطا را بر اساس جهت و اندازه نشخیص می‌دهد. این رله‌‌های اضافه جریان به منظور ایجاد یک سیستم حفاظت قابل اطمینان و حداقل رساندن قطعی بار به طور همزمان هماهنگ می‌شود [۵, ۴۷] افزایش سطح جریان اضافه جریان علاوه بر مشکلاتی که در فصل ۲ به آن اشاره شد باعث از بین رفتن هماهنگی بین رله‌های اضافه جریان اولیه و پشتیان آنها می‌شود که منجر به از بین رفتن این ظرفیت می‌شود. به منظور حل این مشکل چندین روش ارائه شده است. ساده ترین راه قطع کردن منبع تولید پراکنده از شبکه توزیع به هنگام رخ دادن خطا در شبکه است. این روش دارای معایبی است از جمله

• • قطعی برق در صورت رخ دادن خطاهای لحظه‌ای

• • مشکلات مربوط به هماهنگ سازی منبع در صورت اتصال مجدد به شبکه

• • کاهش کیفیت توان

روش های دیگر برای برطرف کردن مشکل حفاظت سیستم تنظیم مجدد پارامترهای رله‌ها و استفاده از طرح تطبیقی است که روش اول روشی پرزحمت و روش دوم روشی پیچیده برای برطرف کردن این مشکل است یک روش ماهرانه برای برطرف کردن مشکلات ناشی از اضافه جریان خطا به دلیل اتصال یک منبع تولید پراکنده به شبکه، استفاده از محدودکننده‌های جریان خطا است. در حقیقت محدودکننده‌های جریان خطا نه تنها مشکلات ناشی از اضافه جریان خطا به دلیل اتصال منبع تولید پراکنده به شبکه را رفع می‌کند، بلکه سختی و پیچیدگی که در روش های فوق اشاره شده است را ندارد. محدود کننده‌های جریان خطا می‌تواند به طور سری به منبع تولید پراکنده، فیدرهای بار و فیدرهای ارتباطی^[۳۵] نصب شوند. عملکرد محدودکننده‌های جریان خطا بستگی به فاکتورهای نظیر نوع، اندازه امپدانس، مکان مناسب دارد. در ادامه عملکرد محدودکننده‌های جریان خطا را در دو شبکه حلقوی ۲۰ کیلو ولت و یک میکروگرید که از طریق دو باس به شبکه IEEE 30 باس متصل شده است به جهت حفظ هماهنگی حفاظتی و بهبود کیفیت توان به منظور تداوم سرویس مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در شبکه ۲۰ کیلو ولت پیدا کردن مقادیر امپدانس از یک الگوریتم تکراری بدست می‌آید اما در شبکه دوم که شبکه‌ای پیچیده است پیدا کردن مقادیر مناسب امپدانس محدود کننده جریان خطای تک جهته، به منظور حفظ هماهنگی سیستم حفاظتی و بهبود کیفیت ولتاژ، یک مسئله غیرخطی است. برای حل این مسئله غیرخطی از روش‌های مبتنی بر جمعیت استفاده می‌شود. در بخش دوم، الگوریتم استاد و دانشجو که یک الگوریتم مبتنی بر جمعیت است شرح داده می‌شود. بخش سوم در مورد پارامتر‌های سیستم حفاظتی و بخش چهارم و پنجم، به مقادیر و پارامتر‌های عناصر دو شبکه مورد بررسی در این پایان نامه اختصاص می‌یابد.
الگوریتم بهینه سازی استاد و دانشجو[۴۵]
مقدمه
وجود مسایل پیچیده علمی منجر می‌شود تا سراغ روش های بهینه سازی رفته و مساله مورد نظر را به وسیله آنها حل کرد. با توجه به زمان‌بر بودن و پیچیدگی روش‌های دقیق از روش‌های بهینه سازی هوشمند استفاده می‌شود. تاکنون روش‌های بهینه سازی متعددی معرفی شده اند، مثل الگوریتم‌های GA، PSO، ABC، ACO، HS، GEM،و… که روی خصوصیات مختلفی از پدیده‌ها کار می‌کنند.
GA از تئوری داروین استفاده می کند که بر اساس جستجوی بهترین‌ها (جورترین‌ها) است.
ABC رفتار زنبورها عسل برای پیدا کردن غذا را پیاده سازی می‌کند.
PSO رفتار پرنده‌ها را برای پیدا کردن غذا پیاده سازی می‌کند.
ACO روی رفتار مورچه برای پیدا کردن مقصد کار می‌کند.
انگیزه اصلی برای استفاده از الگوریتمی مبتنی بر طبیعت وجود ظرفیت این الگوریتم‌‌ها برای حل مسائل بهینه سازی مختلف به صورت کارامد و در بهینه‌ترین حالت ممکن است.
برای اولین بار در سال ۲۰۱۱ الگوریتم مبتنی بر استاد و دانشجو ^[۳۶] با هدف یافتن حل عمومی برای توابع غیر خطی پیوسته توسط Roa و دیگران پیشنهاد شده است که نیاز به محاسبات کامپیوتری کمتری دارد و دارای پایداری بیشتری است.
بهینه‌سازی بر اساس تدریس - یادگیری
روشTLBO تاثیری که استاد بر دانش‌آموزان در یک کلاس دارد را بررسی می‌کند. دراینجا منظور از خروجی (نمرات دانش آموزان ) سطح دانش آنها است.توزیع نرمال به‌صورت زیر تعریف می‌شود: