در این پایان نامه ، دو الگوریتم برای حفاظت دیجیتالی ترانسفورماتور قدرت ارائه شده است. اولین الگوریتم ، روش جدیدی برای حفاظت دیفرانسیلی ترانسفورماتور براساس تشخیص الگوی جریان تفاضلی ارائه می دهد. منطق تصمیم گیری براساس تبدیل موجک می باشد که ویژگیهای جریان تفاضلی به علت جریان خطا و جریان هجومی را استخراج می کند. در این منطق ، معیار تشخیص براساس تفاوت زمانی دامنه ضرایب موجک در یک باند فرکانسی خاص است. الگوریتم فوق با استفاده از نرم افزار emtp مدل شده است. نتایج مطالعات نشان می دهد که طرح حفاظت دیفرانسیلی با موجک، خطای داخلی را از جریان هجومی در کمتر از 5 میلی ثانیه تشخیص می دهد. الگوریتم دوم ، با استفاده از محاسبات طیف انرژی طبق یک فرمول بندی، الگوریتم حفاظتی را مشخص می کند. تبدیل موجک گسسته برای استخراج ویژگیهای گذرای جریان های دیفرانسیلی سه فاز برای تشخیص شرایط جریان خطا ارائه شده است. عملکرد الگوریتم مذکور، با شبیه سازی نمونه های تست خطا و غیر خطا روی یک ترانسفورماتور قدرت با استفاده از نرم افزار atp/emtp ارزیابی شده است. به منطور تست عملکرد این فرمول، روش پیشنهادی از نرم افزار matlab استفاده نموده است.مقایسه نتایج شبیه سازی با روش حفاظت دیفرانسیلی درصدی با فرمول هارمونیک بازدارنده نشان می دهد که تکنیک پیشنهادی عملکرد جداسازی را بهبود می دهد. نمونه های تست شبیه سازی جریان هجومی و خطای خارجی به منظور تست عملکرد روش پیشنهادی در شرایط مختلف استفاده شده است.

توان درایو های ac را می توان با به کارگیری بیش از سه فاز در استاتور افزایش داد. یکی از انواع رایج درایو- های مولتی فازه، ماشین شش فازه تغذیه شده با اینورتر منبع ولتاژ می باشد. مشکل اصلی چنین سیستمی تولید هارمونیک های اضافی است. این هارمونیک ها در استاتور جریان پیدا می کنند و باعث ایجاد تلفات در ماشین می شوند. در این پژوهش روش های مدولاسیون برای اینورتر شش فازه بررسی شده اند. در روش های مدولاسیون 12بخش و 24 بخش بر اساس تکنیک vsd، با انتخاب الگوی کلید زنی مناسب می توان میزان هارمونیک- های ناخواسته را کاهش داد. شبیه سازی کامپیوتری روش های مذکور در محیط matlab انجام شده است. برای ارزیابی و مقایسه کارایی روش های مدولاسیون از معیارهای wthd، میزان هارمونیک های جریان و میزان ضربان های گشتاور استفاده شده است. نتایج شبیه سازی کامپیوتری نشان می دهد روش های مدولاسیون 24 بخش در مقایسه با روش های مدولاسیون 12 بخش هارمونیک های کمتری تولید می کنند. از طرف دیگر اجرای روش های فوق مستلزم انجام محاسبات زمان بر است. با روش استفاده شده در این پایان نامه میزان محاسبات به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. علاوه بر روش های فوق، در ماشین شش فازه با دو نقطه خنثای مجزا، امکان استفاده از روش های مدولاسیون سه فاز برای کنترل هر یک از دو مجموعه سه فاز وجود دارد. مزیت اصلی این روش نسبت به دو روش اول، حجم کم محاسبات برای پیاده سازی آن می باشد. شبیه سازی کامپیوتری نشان می دهد که در این روش درمقایسه با دو روش اول میزان هارمونیک های جریان بیشتر است. در نهایت برای پیاده سازی روش سوم، اینورتر شش فازه ساخته شده است. برای انجام محاسبات لازم جهت پیاده سازی این روش و همچنین تولید سیگنال های مورد نیاز کلید های قدرت، از کنترل کننده tms320f2812 استفاده شده است.

امروزه درایوهای الکتریکی ac به طور گسترده در سیستم های از قبیل پمپ ها ، فن ها و.... مورد استفاده قرار می گیرد. در گذشته از روشهای مرسوم مانند کنترل اسکالر جهت کنترل موتور القایی استفاده می شد. کنترل مستقیم گشتاور باعث افزایش بازده ماشین القایی در صنعت شده است. در سال های اخیر استفاده از روش کنترل مستقیم گشتاور به همراه مبدل ماتریسی مورد توجه محققان قرار دارد. در این پایان نامه به بررسی روش کنترل مستقیم گشتاور بدون سنسور سرعت مبتنی بر مبدل ماتریسی پرداخته شده است. استفاده از الگوریتم مستقیم گشتاور به همراه مبدل ماتریسی این امکان را ایجاد می کند که بتوان ویژگی های مطلوب روش کنترل مستقیم گشتاور و مبدل ماتریسی را با هم ترکیب نمود. در راستای بررسی این روش ابتدا مدل سازی سیستم مورد مطالعه که شامل ماشین القایی ، مبدل اینورتری و ماتریسی می باشد ، انجام شده است. وجود سنسور سرعت باعث ایجاد مشکلاتی از قبیل کاهش قابلیت اطمینان ، افزایش هزینه و مسئله گسترش شفت می گردد. در راستای حذف سنسور سرعت دو تخمین گر سرعت به سیستم مورد مطالعه افزوده شده است. روش های تخمین سرعت مختلفی وجود دارد. در روش اول تخمین سرعت بر اساس معادلات ماشین القایی بصورت حلقه باز انجام می شود. روش دوم تخمین سرعت توسط تخمین گر مدل تطبیقی مرجع که دارای ساختار حلقه بسته است، انجام می گیرد. شبیه سازی کامپیوتری سیستم مورد مطالعه در محیط matlab پیاده سازی شده است. قابلیت دنبال کردن مرجع ، پاسخ گذرا و خطای ماندگار سه معیار اصلی ارزیابی مقایسه ای تخمین گرها بوده است. نتایج شبیه سازی مقایسه ای نشان می دهد که تخمین گر تطبیقی مدل مرجع دارای پاسخ دینامیکی بهتر و خطای ماندگار کمتری نسبت به تخمین گر حلقه باز سرعت می باشد

مبدل ماتریسی شش فازه آرایه ای از 3×6 کلید دو طرفه است، که ارتباط مستقیمی بین سه فاز منبع تغذیه (ورودی) و موتور شش فازه (خروجی) ایجاد می کند. این ساختار فاقد عناصر حجیم و سنگین ذخیره کننده انرژی مانند خازن و سلف است. مبدل ماتریسی گزینه بسیار خوبی برای صنایع نظامی، هوا فضا و دریایی (کاربردهای نیازمند قابلیت اطمینان و کنترل پذیری بالا و نیز حجم و وزن کم) است. یکی از مسایل مهم طراحی درایو بحث مقابله با خطا و عکس العمل درایو در مقابل خطاست. یکی از خطاهای معمول در درایوها آسیب دیدن کلیدهای نیمه هادی آن است که می تواند به صورت اتصال کوتاه و یا اتصال باز شدن دو سر کلید رخ دهد. با توجه به تعداد زیاد کلیدهای به کار رفته در مبدل ماتریسی شش فازه که شامل 18 عدد کلید دوطرفه است، تشخیص رخداد خطا و شناسایی نوع و قطعه معیوب و نیز ارائه راهکار اصلاحی مقاوم در برابر خطا برای آن بسیار حائز اهمیت است. در این پژوهش خطای اتصال باز شدن کلیدهای مبدل ماتریسی مورد بررسی قرار گرفته است و ضمن ارائه یک راهکار مقاوم در برابر خطا، یک روش تشخیص خطا نیز برای آن تعمیم داده شده است. این راهکار بر اساس اصلاح دامنه و فاز جریانهای تزریقی به پنج فاز سالم موتور شش فازه استوار است، به گونه ای که گشتاور تولیدی موتور در حالت خطا مشابه با شرایط بدون خطا باشد. برای رسیدن به این هدف، باید نول موتور به نول تغذیه متصل شود، لذا باید اتصال نول موتور در دسترس باشد. این روش تنها به یک کلید اضافه نیاز دارد.

در سیستم های قدرت، توان اکتیو و راکتیو توسط ژنراتورها تولید و به وسیله ی خطوط انتقال به مصرف کنندگان منتقل می شود. این توان میزانی از ظرفیت ژنراتورها و خطوط را اشغال می کند. با تولید توان راکتیو در نزدیکی مصرف کنندگان، علاوه بر آزادسازی ظرفیت خطوط و تجهیزات، می توان به همراه بهبود پروفیل ولتاژ، تلفات را کاهش داده و در جهت صرفه ی اقتصادی برای مصرف کنندگان و تولیدکنندگان انرژی اقدام نمود. شناخته شده-ترین روش اقتصادی برای تامین توان راکتیو لازم برای بارهای پس فاز، استفاده از خازن های موازی است. روش-های گوناگونی برای جایابی خازن ها در سیستم توزیع ارائه شده است که هر کدام سعی بر کاهش هزینه های ناشی از تلفات سیستم برای مصرف توان راکتیو دارند. در ضمن، فروش توان راکتیو در شبکه های تجدید ساختار یافته موجب سودآوری نیز می شود. جایابی بهینه بانک های خازنی، یک مسئله ی ترکیبی است که در آن می بایست مکان و ظرفیت بانک های خازنی با مقادیر ناپیوسته تعیین شوند بطوریکه حداکثر سود حاصل شود و قیود اعمالی به ولتاژ و دیگر پارامترها نیز برقرار باشند. در این تحقیق علاوه بر بررسی پروفیل ولتاژ و نیز سودآوری حاصل از خازن گذاری، مسئله ی هارمونیک های موجود در سیستم نیز به طور همزمان بررسی شده است. همچنین جبران توان راکتیو با آرایش بهینه خازن ها، هزینه های ناشی از هارمونیک ها را حداقل ساخته است. این امر در یک سیستم تجدید ساختار یافته صورت گرفت که باعث پیچیدگی مسئله شد. لذا برای حل و بررسی مسئله از روش الگوریتم ژنتیک استفاده و ملاحظه گردید که در یک سیستم تجدیدساختاریافته، فروش توان راکتیو حاصل از خازن گذاری با قیمت مناسب، باعث سودآوری می شود. از طرفی با لحاظ کردن هارمونیک ها در تابع هدف، اندازه ی خازن های مورد نیاز افزایش یافت.

این پایان نامه بر روی مدل سازی و شبیه سازی نمونه ی جدید جبران ساز سری ولتاژ نوع کنترلر جریان ابررسانای اکتیو متمرکزمی شود.این کنترلراز ترانسفورماتور های ابررسانا با هستههواییو مبدل منبع ولتاژسه فاز تشکیل شده است. سیم پیچ اولیه یترانسفورماتور ابررسانا به صورت سری با مدار اصلیمی باشد و سیم پیچ ثانویه به مبدل متصل شده است.در حالت نرمال شار در هسته هوایی به مقدار صفر جبران سازی شده، بنابراینکنترلر اثری بر مدار اصلی ندارد. در حالت اتصال کوتاه با کنترل دامنه و زاویه ی فاز جریان سیم پیچ ثانویه ی ترانسفورماتور ابر رسانا جریان خطا در سطوح مختلف محدود می شود.با استفاده از matlab مدل سازی و تست محدود سازی جریان خطا بررسی می شوند. جهت مطالعه ی پایداری گذرا از یک سیستم تک ماشینه متصل به شین بی نهایت استفاده شدهو اثر هر یک از مد های عملکردی در پایداری گذرا بر اساس روش معیار سطوح برابر مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنینهنگامی که کنترلر به سیستم قدرت اعمال می شود، از طریق آنالیز منحنی هایجریان-زمان رله های اضافه جریان، بالاترین مقدار جریان پیک و کمترین مقدار زمان تماس جهت هماهنگی حفاظتی با رله های اضافه جریان به دست می آیند. مطابق با سه مد عملکردی مختلف به ترتیب سه فرمول اصلاح شده جهت هماهنگی حفاظتی با رله ی دیستانس تعیین شده است.ویژگی منحصر به فرد این نوع کنترلر جبران سازی خط و بهبود پروفیل ولتاژ در شرایط بی باری و بار کامل می باشد. برای این منظور ماتریس امپدانس خط را با حضور جبران ساز در ابتدای خط به دست آورده و با تنظیم امپدانس این کنترلر، جبران سازی امپدانس خط بدون استفاده از المان های ذخیره کننده ی انرژی انجام می شود. نتایج شبیه سازی عملکرد مناسب این کنترلر را در حالت نرمال، حالت خطا و حالت جبران سازی خط تأیید می کنند.

ژنراتور های تولید پراکنده، مشابه سایر ژنراتورها نیاز به حفاظت الکتریکی در برابر شرایط اتصال کوتاه و غیرعادی سیستم دارند. افزودن ژنراتور های تولید پراکنده به سیستم توزیع توان الکتریکی، می تواند باعث افزایش قابلیت اطمینان، کیفیت توان و کاهش تلفات شبکه گردد. از چالش های مربوط به ژنراتور های تولید پراکنده، حفاظت در مقابل جزیره های غیربرنامه ریزی شده، یک مساله با اهمیت می باشد. ضروری است که حالت جزیره-ای فوراً تشخیص داده شده و ژنراتور های تولید پراکنده از شبکه توزیع جدا و یا کنترل گردد. طبق استانداردهای شبکه توزیع، حالت جزیره ای باید در زمانی کمتر از ? ثانیه تشخیص داده شود. در این پایان نامه یک روش جدید تشخیص جزیره ای اکتیو برای ژنراتور های تولید پراکنده از نوع ژنراتور سنکرون ارائه شده است. این روش مبتنی بر اندازه گیری امپدانس توالی منفی می باشد که یک بهبود در روش های اندازه گیری امپدانس برای تشخیص حالت جزیره ای به علت ناحیه غیر قابل تشخیص کوچک و به طور مشخص پنجره آستانه بزرگ می-باشد. برای ارائه هر چه بهتر روش پیشنهادی، سیستم مورد نظر در حالت ماندگار با آزمایش های مختلفی همچون خازن گذاری، رخداد اتصال کوتاه و راه اندازی موتور القایی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی این پژوهش بدست آوردن بازه نهایی امپدانس آستانه اولیه(توالی منفی) برای تشخیص حالت جزیره ای می باشد. در ادامه کارآیی بالای این روش توسط نرم افزار digsilent شبیه سازی و نشان داده شده است.

با توجه به افزایش روز افزون استفاده از کنترل کننده های دور متغیر در موتورهای القایی، این پایان نامه در جهت استفاده بهینه از روش های کنترل دور موتور مجهز به درایوهای الکتریکی از دید صرفه جویی انرژی اجرا گردیده است. مقایسه روش های کنترل برداری، شامل کنترل مستقیم گشتاور (dtc) و کنترل برداری با جهت دهی میدان (foc) در درایوهای الکتریکی با موتور القایی رتور قفسی 200 اسب بخار از دید مصرف انرژی مورد بررسی قرار گرفته است. به همین منظور دو روش فوق را با نرم افزار متلب شبیه سازی و با روش بدون راه انداز مقایسه شده است. در حالت های مختلف، منحنی ضریب قدرت سیستم، توان الکتریکی ورودی، توان مصرفی موتور، جریان استاتور، گشتاور الکترومغناطیس، انرژی های ورودی و خروجی رسم شده و مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. با توجه به مطالعات صورت گرفته و بررسی نتایج حاصله مشخص گردید که استفاده از کنترل کننده دور متغییر مبتنی بر روش های کنترل برداری در بارهای کم و سرعت های پایین میزان انرژی الکتریکی مصرفی به مراتب کمتر از روش بدون راه انداز است. در بارهای فن و پمپ، روش dtc نسبت به روش foc انرژی کمتری مصرف می کند. استفاده از درایوهای الکتریکی باعث اصلاح ضریب قدرت شده و نیازی به بانک خازن نیست.

در این پایان نامه بعد از بررسی ترانسفورماتور جریان و حفاظت اضافه جریان ، مدلهای ترانسفورماتور جریان و روشهای بدست آوردن منحنی مغناطیسی آن بررسی شده و منحنی مغناطیسی ترانسفورماتور جریان محاسبه شده است. سپس رفتار ترانسفورماتور جریان در شرایط کاری مختلف بررسی شده واثر عوامل مختلف بر اشباع هسته ترانسفورماتور جریان شبیه سازی شده است. همچنین طیف فرکانسی خروجی ترانسفورماتور جریان در حالات مختلف اشباع بررسی و شبیه سازی شده است. در این پایان نامه به بررسی عواملی چون سطح خطا، امپدانس رله اضافه جریان و ثانویه ترانسفورماتور جریان ، فرکانس شبکه، منحنی مغناطیسی هسته ترانسفورماتور جریان، نسبت x/r ، ضریب قدرت بار، شار پسماند هسته و اثر مولفه dc جریان خطا در اشباع ترانسفورماتور جریان و عملکرد غلط رله اضافه جریان پرداخته شده است. از جمله نتایج به دست آمده در این پایان نامه این است که با مقایسه نتایج به دست آمده از اعمال جریان اتصال کوتاه با مولفه dc وبدون مولفه dc در اشباع بسیار زیاد است و در طراحی شبکه وانتخاب ترانسفورماتور جریان باید آن را در نظر گرفت.اشباع ترانسفورماتور جریان در شرایط گذرا بسیار مهم است و در این شرایط احتمال اشباع بیشتر میباشد.کاهش امپدانس ترانس ثانویه ترانسفورماتور جریان وامپدانس ورودی رله ها اثر زیادی در کاهش اشباع دارد.استفاده از رله های کم امپدانس و افزایش سطح مقطع سیم های ارتباطی ترانسفورماتور جریان ورله باعث کاهش امپدانس ثانویه می شود.افزایش توان ثانویه ترانسفورماتور جریان نیز اثر مشابهی دارد.

اخیراً نگرانی در مورد وقوع حالت جزیره در سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه افزایش یافته است. روش های تشخیص جزیره در سه گروه روش های مخابراتی، پسیو و اکتیو دسته بندی می شود. روش های مخابراتی توانایی بالایی در تشخیص جزیره دارند اما از لحاظ اقتصادی به صرفه نیستند. روش های پسیو به راحتی پیاده سازی می شوند و هیچ تأثیری روی کیفیت توان سیستم ندارند ولی دارای ناحیه غیرقابل تشخیص بزرگی هستند. روش های اکتیو به راحتی پیاده سازی می شوند و نسبت به روش های پسیو دارای ناحیه غیرقابل تشخیص کوچک تری هستند. با این وجود این روش ها روی کیفیت توان سیستم فتوولتائیک تأثیر منفی دارند. از میان روش های اکتیو، روش انحراف فرکانس فعال به دلیل توانایی بالا در تشخیص جزیره و ناحیه غیرقابل تشخیص کوچک مورد توجه زیادی قرار گرفته است. در سال های اخیر کارهای زیادی برای بهبود این روش انجام شده است. با این وجود هنوز در مواردی این روش ها در تشخیص جزیره ناموفق هستند. همچنین این روش ها هنوز تأثیر زیادی روی کیفیت توان دارند. در این پایان نامه دو روش انحراف فرکانس فعال بهبود یافته مبتنی بر فیدبک مثبت ارائه شده است. این دو روش نسبت به روش های قبل ناحیه غیرقابل تشخیص بسیار کوچک تری دارند و تأثیر کمتری روی کیفیت توان سیستم می گذارند. کارایی روش های پیشنهادی به صورت تحلیلی اثبات شده است. همچنین با استفاده از نرم افزار matlab/simulink یک سیستم فتوولتائیک تک فاز متصل به شبکه شبیه سازی و کارایی روش های پیشنهادی تائید شده است.

از دیرباز کنترل سریع و دقیق موتورهای القایی، مورد توجه بوده است؛ امروزه کنترل برداری بر مبنای جهت یابی شار به منظور کنترل موتورهای القایی در صنایع و در سطح بسیار گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است. این روش کنترلی به مقاومت روتور وابسته است؛ لذا برای بهبود عملکرد آن، نیاز به تخمین سریع و دقیق مقاومت روتور است. فیلتر کالمن توسعه یافته، الگوریتمی بازگشتی است و با به روز رسانی ماتریس بهره در هر گام و حداقل کردن اثر نویز، روشی دقیق جهت تخمین پارامتر است؛ از آنجا که موتور القایی شش فازه نسبت به سه فازه مزایای زیادی از جمله حفظ کارکرد خود در حالت قطع یک فاز دارند، در این پایان نامه، الگوریتم تخمین مقاومت روتور موتور القایی شش فازه، در دو حالت سالم و قطع فاز، با استفاده از فیلترکالمن توسعه یافته (ekf)، ارائه شده است؛ الگوریتم، مقاومت روتور را بصورت بلادرنگ، با استفاده از اندازه گیری ولتاژ و جریان استاتور و سرعت روتور تخمین زده است .در بخش پایانی با استفاده از نرم افزار متلب/ سیمولینک شبیه سازی انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان می‎‏دهد الگوریتم ارائه شده دقیق و مناسب است .