مروزه در بین انرژهای نو انرژی باد بیشترین رشد را به خود اختصاص داده است. برای تبدیل این انرژی به انرژی الکتریکی از توربینهای بادی استفاده می شود. در این پایان نامه ژنراتورهای القایی دو تحریکه بعنوان یکی از پرکاربردترین ژنراتورهای مورد استفاده در نیروگاه های بادی مورد بررسی قرار می گیرند. همچنین نحوه ی رفتار این نیروگاه ها طی خطای شبکه مورد مطالعه قرار می-گیرد و روش های موجود جهت بهبود قابلیت lvrt این ساختار معرفی می شود. افزایش سطح نفوذ قدرت باد در سیستم های قدرت بسیاری از مناطق و کشورها ممکن است اثر قابل توجهی بر عملکرد سیستم قدرت بگذارد، لذا ارتباط بین توربین بادی و شبکه و مشکلات آنها در حالت اتصال به شبکه اخیرا بسیار مورد توجه قرار گرفته است و شبکه ها دنبال راههایی هستند که مطمئن شوند این نوع جدید سیستمهای قدرت تا حد ممکن مانند سیستمها تولید توان متعارف رفتار میکنند. لذا برای هماهنگ کردن مشخصه های عملکردی مزارع باد، اپراتورهای سیستم انتقال(tso) عموما الزامات فنی و مقررات خاصی تحت عنوان مقررات شبکه به منظور مشخص کردن شرایطی که توربینهای باد برای متصل شدن به شبکه رعایت کنند برای مزارع باد وضع میکنند. این استانداردها، موضوعات مرتبط با رنج عملکرد فرکانسی، ظرفیت توان راکتیو و رنج ولتاژ تحت شرایط حالت پایدار و گذرا را پوشش میدهند. مقررات جدید شبکه تصریح می کنند که مزارع بادی باید مشابه نیروگاههای متعارف، در کنترل سیستم قدرت (فرکانس و ولتاژ) مشارکت داشته باشد و بر رفتار مزرعه باد در شرایط عملکرد غیر طبیعی شبکه تأکید دارد. یکی الزامات مقررات شبکه، قابلیت lvrt است به این معنی که برای اطمینان از عدم از دست دادن تولید برای خطاهایی که به صورت نرمال رفع میشوند، در زمان افت ولتاژ توربین باید یک مدت مشخص قبل از اینکه مجاز به جدا شدن از شبکه باشد، متصل به شبکه بماند و بر اساس استانداردهای موجود به پایداری شبکه کمک کنند چرا که قطع شدن سریع یک ژنراتور باد مخصوصا در مورد مزارع بادی بزرگ میتواند اثر منفی بر شبکه داشته باشد. از آنجا که ژنراتورهای القایی دو تحریکه (dfig)، به طور وسیع در تبدیل انرژی باد مورد استفاده قرار میگیرند در سالهای اخیر تکنولوژیهایlvrt بسیاری برای این نوع ژنراتور پیشنهاد شده و مورد بررسی قرار گرفته است. در این پروژه، پس از معرفی خطاهای شبکه، استانداردهای شبکه و بویژه مشخصه lvrt، به بررسی مدل و روشهای کنترل dfig در شرایط نرمال و شرایط خطا پرداخته شده و روشهای مختلف موجود به منظور افزایش قابلیت lvrt معرفی میشود. روش پیشنهادی در این مقاله با کمترین تجهیزات اضافی و تغییرات در استراتژی کنترل، امکان بازیابی سریع سنکرونیزم پس از خطا را فراهم میسازد به نحوی که پس از رفع خطا میتوان در کمترین زمان ممکن توربین را به شبکه وصل کرد. دیگر مزیت این روش امکان تغذیه بار محلی طی خطاست. همچنین با استفاده از این روش در تمام دوره خطا و بازیابی ولتاژ محدوده های عملکردی ماشین حفظ شده و لذا رفتار توربین و قابلیت lvrt بهبود میابد.

مهمترین زمینه در بررسی آینده صنعت برق دسترسی به منابع اولیه انرژی است. پیشرفت صنعتی و در نتیجه بالا رفتن استاندارد زندگی بشر با توسعه منابع انرژی و استفاده از آنها امکان پذیر می گردد. با افزایش مصرف انرژی، منابع انرژی نیز از لحاظ تنوع و میزان تولید افزایش یافته است. از میان انواع انرژی های مورد استفاده، انرژی خورشیدی به لحاظ اینکه باعث آلودگی محیط زیست نمی شود، در زمان نیاز قابل تولید است و به آسانی به صورت های دیگر انرژی قابل تبدیل بوده بیش از انواع دیگر انرژی ها مورد توجه بشر قرار گرفته است. جهت بر طرف کردن نیاز آینده منابع انرژی جدید باید کشف شوند. سلول خورشیدی یک نمونه منبع انرژی تجدید شدنی است که مستقیما، نور خورشید را به جریان الکتریکی تبدیل می کند. معمولا با اتصال سلولهای pv، مدولهای pv تولید می شوند. پیدایش انرژی الکتریکی در جهان بر پایه ولتاژ ac است. بنابراین مدولهای pv که ولتاژ و جریان مستقیم تولید می کنند، نمی توانند مستقیما به شبکه وصل شوند و این کار باید از طریق مبدلهای جریان مستقیم به متناوب انجام گیرد. دو امر مهم برای اینورتر این است که اولا سلول pv را در نقطه کار توان ماکزیمم قرار دهد و ثانیا یک جریان سینوسی به شبکه تزریق کند. بنابراین برای رقابت با انرژی های دیگر باید اینورترهایی با قابلیت اطمینان بالا و ارزان بدست آورد. مبدل الکترونیک قدرت برای سیستمهای pv متصل به شبکه دو خاصیت مهم را باید داشته باشد. اول اینکه ولتاژ dc را به یک جریان ac مناسب برای شبکه تبدیل کند. همچنین این مبدل باید نقطه کار توان ماکزیمم سلول خورشیدی را ردیابی و سلول را در این نقطه کار بار گذاری کند. اخیرا اینورترها جهت استفاده در مدول ac طراحی می شوند. اینورتر فلای بک به خاطر ساختار ساده ای که دارد بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. در این پایان نامه، ضمن بررسی اینورترهای فلای بک، یک اینورتر فلای بک سوئیچینگ نرم جدید معرفی می شود. این اینورتر شامل یک مدار کمکی با ساختاری ساده می باشد که تلفات سوئیچینگ و نویز emi را کاهش می دهد. همچنین در این مدار بدون افزایش استرس جریان و ولتاژ سوئیچ ها به صورت نرم خاموش و روشن می شوند. مدار کمکی شامل یک سلف رزنانس و یک خازن رزنانس می باشد که با استفاده از آن سوئیچ اصلی به صورت zvs و سوئیچ کمکی به صورت zcs خاموش و روشن می شود.خازن رزنانس، جهت کاهش اسپایک ولتاژ در اولیه ترانس، همچنین جهت کاهش استرس ولتاژ در سوئیچ اصلی استفاده می شود. در این اینورتر در ولتاژهای خروجی کم سوئیچینگ نرم به وجود نمی آید البته لازم به ذکر است وقتی ولتاژ و توان خروجی کم شوند، تکنیک zvs بازدهی مدار را بالا نمی برد. سپس جهت استفاده از این مبدل در توانهای بالاتر و کاهش ریپل جریان ورودی، این مبدل به کمک تکنیک اینترلیود بهبود می یابد. مبدل اینترلیود اول دارای دو سوئیچ کمکی می باشد. در قسمت بعد این مبدل بهبود داده شده است. در مبدل بهبود داده شده تنها از یک مدار کمکی جهت ایجاد شرایط سوئیچینگ نرم استفاده شده است، لذا تعداد المانها در مدار کمتر شده و ساختار ساده تر می شود. در این پایان نامه نتایج شبیه سازی جهت اثبات تحلیل تئوری ارائه می-گردد.

امروزه اینورترها در صنعت کاربرد زیادی دارند که درایو موتورهای القایی با کنترل سرعت، منابع تغذیه بدون وقفه (ups)، منابع تغذیه ac با ولتاژ و فرکانس قابل تنظیم، کوره های القایی و فیلترهای اکتیو قدرت (apf) از مهمترین کاربردهای آنها می باشد. به منظور کاهش حجم فیلتر خروجی اینورتر، بالا بردن کیفیت جریان یا ولتاژ خروجی و از بین بردن نویز صوتی در المان های مغناطیسی مدار، بالا بردن فرکانس سوییچنگ الزامی می باشد. با افزایش فرکانس کلیدزنی سوییچ های اینورتر، تلفات سوییچنگ افزایش می یابد. برای خارج کردن تلفات کلیدزنی از سوییچ های اینورتر و کاهش استرس ولتاژ و جریان سوییچ های اینورتر، معمولا از اسنابرهای خاموش و روشن کردن برای سوییچ ها استفاده می شود که منجر به افزایش تلفات کل مدار می شود. روش متداول برای کاهش تلفات سوییچینگ، استفاده از توپولوژی های سوییچینگ نرم می باشد. در این توپولوژی ها، با افزودن تعدادی المان اضافی به مدار، همپوشانی جریان و ولتاژ سوییچ ها در لحظات روشن وخاموش شدن، تقریبا از بین رفته و تلفات سوییچینگ حذف می شود. این اینورترها به دو گروه اینورترهای با مدار رزونانسی در سمت بار و سمت لینک dc تقسیم بندی می شوند. اینورترهای سه فاز با مدار رزونانسی در سمت بار دارای تعداد سوییچ کمکی زیادی هستند و در توان های بالا کاربرد دارند. در کاربردهای با توان متوسط، اینورترهای با مدار رزونانسی در سمت لینک dc کاربرد بیشتری دارند. در این اینورترها فقط یک مدار رزونانس در لینک dc اینورتر قرار دارد. تحقیقات صورت گرفته در سال های اخیر، در جهت بهبود راندمان و تعداد المان ها در این مبدل ها انجام شده است. این اینورترها معمولا دارای دو سوییچ کمکی یا بیشتر در لینک dc هستند. در این پایان نامه سعی بر آن شده تا با ارایه ی چند توپولوژی جدید، تعداد المان های اضافی از جمله سوییچ کمکی، نسبت به مبدل های قبلی کاهش یابد. برای رسیدن به این هدف، سه اینورتر با لینک dc موازی شبه رزونانسی جدید پیشنهاد شده و روابط و شکل موج های تیوری آنها استخراج شده است. همچنین پارامترهایی که در طراحی هر مبدل باید مدنظر گرفته شوند، آورده شده است. برای اطمینان از صحت عملکرد اینورترهای پیشنهادی، دو نمونه از آنها ساخته شده و با مقایسه شکل موج های عملی و تیوری، صحت ایجاد سوییچینگ نرم در آنها تایید شده است.

کیفیت گشتاور یک موتور سنکرون مغناطیس دایم داخلی نسبت به برخی از پارامترهای ابعاد رتور حساس است و این حساسیت می تواند برای کاهش cogging torque و نوسان گشتاور موتور استفاده شود. از آنجا که یک قسمت از نوسان گشتاور،cogging torque است، در این پایان نامه، یک روش جدید برای کاهش cogging torque با استفاده از مدل مغناطیسی ساده شده موتور انجام می شود. نتایج روش جدید منجر به شکل دهی جدید air bridge و موتور با cogging torque پایین می شود.نتایج روش اجزاء محدود نشان می دهد که روش ارایه شده نه تنها باعث کاهش cogging torque موتور می شود بلکه میزان نوسان گشتاور کل را هم به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. در پایان، با توجه به کیفیت گشتاور موتور در شرایط بار نامی و حالت دایمی و با استفاده از آنالیز اجزاء محدود به روش magneto static بهینه سازی موتور انجام می شود. با مقایسه این روش با دیگر روش های ارایه شده برای کاهش نوسان گشتاور، به سادگی و تأثیر قابل توجه این روش پی می بریم.

موتورهای مغناطیس دائم داخلی، impsm به دلیل داشتن بازده، چگالی توان و گشتاور مشخصه بالا مورد توجه محققین بوده است. قرار گرفتن مغناطیس دائم در داخل روتور استحکام مکانیکی موتور سنکرون مغناطیس دائم داخلی در سرعت های بالا را در مقایسه با موتور سنکرون مغناطیس دائم سطحی افزایش داده است. لذا موتور سنکرون مغناطیس دائم داخلی به عنوان کاندیدی مناسب برای چنین کاربردهایی مطرح شده است.یکی از خصوصیات مورد علاقه در موتورهای مغناطیس دائم داخلی که در بسیاری از کاربردها ضروری است، قابلیت تضعیف شار مناسب می باشد. این خصوصیت وابسته به توانایی ماشین به تحویل توان ثابت در رنج وسیعی از سرعت است بدون اینکه اندازه اینورتر یا موتور افزایش یابد. در این پایان نامه هدف طراحی موتور ipmsm با قابلیت بالاتر عملکرد موتور در سرعت بالاو بهبود قابلیت تضعیف شار می باشد. طراحی به دو بخش طراحی ساختار روتور و طراحی سیم پیچ استاتور تقسیم می گردد. در زمینه طراحی ساختار روتور، موتور سنکرون مغناطیس دائم داخلی با مغناطیس دائم چند تکه شده توسط تعدادی از محققین مطرح شده است. در این موتورها کانالهای آهنی با افزایش اندوکتانس محور d، قابلیت تضعیف شار را افزایش می دهند، گرچه پلهای آهنیباعث می گردند شارهای مغناطیس دائم مجاور اتصال کوتاه شود ودر نتیجه کل شار پیوندی مغناطیس دائم در فاصله هوایی کاهش می یابد. کاهش شار پیوندی باعث کاهش گشتاور مغناطیسی می شود. در این پایان نامه ابعاد و موقعیت این کانالها بگونه ای طراحی شده است که بیشترین اندوکتانس محور طولی (ld) به ازای کمترین کاهش در شار پیوندی بدست آید. در زمینه طراحی سیم پیچ استاتور، محققین متعددی از سیم پیچ متمرکز شیار-کسری در موتور سنکرون مغناطیس دائم سطحی به منظور بهبود عملکرد در سرعت بالا استفاده کرده اند. در صورتی که استفاده از سیم پیچ متمرکز در ipmsm به دلیل احتمال افزایش نوسانات گشتاور مرسوم نبوده است. در قسمت دوم این پایان نامه موتور سنکرون مغناطیس دائم داخلی با سیم پیچ متمرکز شیار کسری بمنظور افزایش اندوکتانس محور d و در نتیجه بهبود قابلیت تضعیف شار در موتور ipmsm طراحی شده است. در ابتدا اصول سیم پیچ متمرکز شیار کسری ارائه شده است. سپس جزئیات آنالیز ارائه شده پتانسیل سیم پیچ متمرکز شیار کسری در دستیابی به تضعیف شار بهینه را نشان می دهد. معیارهای انتخاب مناسب ترکیبات شیار و قطب تعیین می گردد. موتور مغناطیس دائم داخلی با 12 شیار و 10 قطب با سیم پیچ متمرکز شیار کسری طراحی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که موتور پیشنهادی قادر به دسترسی به گستره وسیعی از سرعت تحت توان ثابت بوده، در حالی است که بازده موتور پیشنهادی در سرعت های بالا بیش از 90% می باشد. به علاوه یک مقایسه کامل بر روی انواع موتورهای سنکرون مغناطیس دائم داخلی برای گستره وسیعی از سرعت تحت توان ثابت انجام شده است. این مقایسه شامل پارامترهای عملکردی مختلفی از ماشین می باشد، همانند گشتاور بر جریان، حداکثر سرعت به سرعت مبنا و ... .سرانجام نشان داده شده که موتور پیشنهادی علاوه بر دستیابی به گستره سرعت تحت توان ثابت (cpsr) بسیار بالا، دارای ریپل گشتاور کمتر یا قابل مقایسه با موتورهای سنکرون مغناطیس دائم داخلی دیگر می باشد.

ac مغناطیس دائم است که بدلیل شباهت بسیار زیاد مشخصه ورودی آن به ماشین جریان مستقیم، به این نام خوانده می شود. این ماشین از نظر طراحی و ساختار ظاهری با ماشین مغناطیس دائم سنکرون دارای شباهتهای بسیار است. یکی از تفاوتهای این دو نوع ماشین مغناطیس دائم در پروفایل ولتاژ القا شده در فازهای استاتور آنهاست. به همین دلیل گاهی این ماشین را ماشین مغناطیس دائم جریان متناوب ذوزنقه ای می نامند. برای درایو این ماشین یک اینورتر پالسهای جریانی سنکرون با موقعیت روتور به فازهای موتور اعمال می کند. با توجه به خصوصیات این ماشین مانند نسبت گشتاور به حجم بالا، عدم نیاز به نگهداری، اینرسی کم و سادگی تبادل حرارت با محیط خارج، افقهای جدیدی برای کاربرد این ماشین به وجود آمده است. به این ترتیب بهبود مشخصه های روشهای درایو این ماشین، همگام با گسترش کاربرد آن، مد نظر مهندسان قرار گرفته است. یکی از شاخصه های بهبود عملکرد سیستمهای مبتنی بر این ماشین، کاهش تلفات سوئیچینگ و تداخلات الکترومغناطیسی اینورتر بکار رفته در درایو آن، بدون افزایش چشمگیر هزینه های اینورتر است. برای نیل به این هدف، عموما استفاده از روشهای سوئیچینگ نرم برای اینورتر بکار رفته در سیستم ماشین- درایو، در دستور کار طراحان قرار دارد. در روشهای سوئیچینگ نرم، با افزودن مدارهای کمکی به مدار اصلی اینورتر، همپوشانی زمانی تغییرات ولتاژ و جریان سوئیچها تقریبا از بین رفته و تلفات سوئیچینگ حذف می گردد. از دیگر شاخصه های مورد توجه در مدار درایو این ماشین، می توان به کاهش هزینه و بهبود مشخصه های کیفیت توان در سمت ورودی مدار درایو اشاره کرد. در این پایان نامه، ابتدا ماشین جریان مستقیم بدون جاروبک سه فاز و اصول حاکم بر عملکرد آن معرفی می گردند. سپس انواع دیگر این ماشین به همراه روشهای پایه درایو آن ذکر می شود. سپس با ارائه یک دسته بندی سعی می شود اصول حاکم بر اینورترهای سوئیچینگ نرم بیان گردد. در ادامه با توجه به فاکتورهای مد نظر طراحان برای ارائه توپولوژی های مختلف درایو این ماشین، چند نمونه از این توپولوژی های دارای قابلیت خاص، به همراه نحوه عملکرد آنها ارائه می شود. هدف از انجام این پایان نامه، با توجه به روشهای به کار گرفته شده برای ارائه توپولوژی های مختلف درایو این ماشین و اینورترهای سوئیچینگ نرم، ارائه یک توپولوژی سوئیچینگ نرم با المانهای کاهش یافته است. به این ترتیب در فصل پنجم یک توپولوژی به همراه روش درایو ماشین پیشنهاد می گردد. در ادامه با توضیح نحوه عملکرد توپولوژی و روش پیشنهادی درایو، کارکرد آن تحلیل می شود. سپس با ارائه روش طراحی مقادیر مورد نیاز، یک نمونه از این توپولوژی پیشنهادی- با توجه به مشخصات یک نمونه موتور در دسترس- طراحی می شود. با توضیح روش شبیه سازی و مدل سازی المانهای به کار رفته در نرم افزار، مثال طراحی شده شبیه سازی گشته، و نتایج حاصل از آن برای بررسی صحت تحلیلهای صورت گرفته، ارائه می گردد. برای پیاده سازی این اینورتر از یک پردازنده سیگنال دیجیتال استفاده شده است. این پردازنده ضمن دریافت و تحلیل داده های به دست آمده از حسگرهای اثر هال، وظیفه محاسبه سرعت لحظه ای و پیاده سازی حلقه کنترلی و تولید سیگنالهای کنترل کننده را نیز بر عهده دارد. برای پیاده سازی نهایی این توپولوژی، مدارات شکل دهنده سیگنال مورد نیاز و مدارات واسط درایو سوئیچهای قدرت نیز طراحی و ساخته شد. در انتها با راه اندازی مجموعه نتایج حاصل از پیاده سازی عملی یک نمونه آزمایشگاهی از توپولوژی پیشنهادی در پایان نامه ارائه گشته است. با بررسی عملکرد این نمونه عملی، دسترسی به هدف پایان نامه مورد تایید قرار می گیرد. با جمع بندی نتایج و ارائه پیشنهاداتی برای ادامه کار، پایان نامه به اتمام می رسد.

در سال های اخیر، بار شبکه های انتقـال افزایش یافته است. از این رو سیستم قدرت به صورت فزاینده ای از نظر بهره برداری و کنترل، پیچیده تر شده که کاهش قابلیت اطمینان را به دنبال داشته است. ادوات facts باقادر سـاختن سیستم انتقال صنعت برق، به بهره گیری حداکثر از امکانات انتقال خود و با افزایش قابلیت اطمینان شبکه، پاره ای از این مشکلات را بر طرف می کند. بخش اعظمی از ادوات facts را جبرانسازهای استاتیکی مبتنی بر مبدل ولتاژ تشکیل می دهند. در صورت اتصال موازی این جبرانسازها به سیستم قدرت، ولتاژ محل اتصال با جذب یا تزریق توان راکتیو، تنظیم خواهد شد. همچنین با سری قرار گرفتن این جبرانسازها در خط انتقال و تزریق ولتاژ راکتیو خازنی یا سلفی، جریان خط مربوطه و توان انتقال یافته تنظیم می شود. با ترکیب دو مبدل ولتاژ که به یک dc لینک مشترک متصل شده و در خط انتقال به صورت سری و موازی قرار گرفته اند،انتقال توان اکتیو و راکتیوکنترل خواهد شد. با توجه به نقش مهم خطوط انتقال در انتقال انرژی حفاظت این خطوط از مباحث مهم سیستم قدرت است. رله های دیستانس به دلیل عملکرد ساده ودقیق، به صورت وسیعی برای حفاظت خطوط انتقال به کار می روند. وجود جبرانسازهای facts در خط انتقالی که دچار خطا شده است، سیگنال های ولتاژ و جریان ورودی رله را تحت تاثیر قرار می دهد. بنابراین بررسی اثر این عناصر بر عملکرد رله دیستانس امری ضروری به نظر می-رسد. هدف این پایان نامه ارائه ی مدل دقیق مولفه های متقارن جبرانسازهای سنکرون استاتیکی موازی و سری (statcom & sssc) و کنترل کننده یکپارچه توان (upfc) در شرایط خطا در خط انتقال، به منظورمحاسبه ی امپدانس ظاهری دیده شده توسط رله ی دیستانس می باشد. با شبیه سازی این جبرانســازها با تمامی جزئیــات به همراه حلقه های کنترلی آنها صحت مدل ارائه شده تایید شده و حالت گذرای خطا در حضور این جبرانسازها نشان داده می شود. نتایج شبیه سازی ها تاثیر شرایط مختلفی همچون نوع خطا ،فاصله ی خطا ، تغییر تنظیمات کنترل جبرانسازها و تغییر وضعیت عملکردی جبرانسازها را بر عملکرد رله ی دیستانس نشان می دهد. سیستم شبیه سازی شده یک سیستم انتقال kv500 دو منبعه است که جبرانسازهای مذکور در وسط خط انتقال آن واقع شده اند. این شبیه سازی ها در محیط نرم افزار matlab/simulink انجام شده است.