با پیشرفت روزافزون تکنولوژی و گسترش مصرف کننده های الکتریکی حساس و دقیق در کلیه زمینه های صنعتی، نیاز به وجود منبع انرژی الکتریکی به صورت مطمئن و با کیفیت بالا برای تغذیه این مصرف کننده ها افزایش یافته است. از طرفی شبکه های الکتریکی در بسیاری موارد از قابلیت اطمینان کافی جهت تغذیه مستقیم این مصرف کننده ها برخوردار نیستند. منابع تغذیه اضطراری بدون وقفه یا upsها یکی از مهمترین گزینه ها برای رفع این مشکل می باشند. یکی از جدیدترین انواع ups معرفی شده، ups سری-موازی یا delta conversion ups می باشد. در این ups اکثر توان در حالت عملکرد عادی بدون گذر از مبدل ها از ورودی به مصرف کننده رسیده که افزایش راندمان این نوع ups را به دنبال خواهد داشت. از دیگر مشخصات این ups می توان به جریان سینوسی بدون اعوجاج و ضریب قدرت واحد در ورودی اشاره نمود. راندمان بالا و جریان سینوسی با ضریب توان واحد موجب شده که ups سری-موازی امروزه نظر بسیاری از محققین و صنعتکاران را به خود جلب کند. تا کنون دو استراتژی کنترلی برای upsهای سری-موازی معرفی شده است. استراتژی قدیمی بر اساس کنترل ولتاژ مبدل سری و کنترل جریان مبدل موازی می باشد. در این استراتژی مبدل موازی مستقیماً هارمونیک های جریان بار و توان راکتیو را جبران کرده و مبدل سری یک ولتاژ خروجی رگوله شده تولید می کند. در استراتژی جدید بر خلاف استراتژی قبلی مبدل سری به عنوان منبع جریان سینوسی و مبدل موازی به عنوان منبع ولتاژ سینوسی عمل می کند. علی رغم شباهتهای این دو استراتژی از نظر گردش توان و دیاگرام فازوری، تفاوتهای اساسی از نظر رفتاری و ساختار سیستم کنترلی بین این دو وجود دارد. با توجه به نو بودن استراتژی جدید برای upsهای سری-موازی، هنوز تحلیل کاملی از لحاظ عملکرد و قابلیت های قابل حصول بر روی آن انجام نشده و از این دیدگاه با استراتژی موجود نیز مقایسه نگردیده است. همچنین تحلیلهای انجام شده بر روی استراتژی جدید به صورت شبیه سازی بوده و نتایج عملی برای ups سری-موازی با استراتژی جدید ارائه نشده است. یکی از اهداف اصلی این رساله مقایسه کامل دو استراتژی و معرفی و توسعه استراتژی بهینه برای استفاده در یک ups سری-موازی می باشد. کنترل کننده های مبدل های به کار رفته در این ups باید به گونه ای طراحی گردند که بتوان به قابلیت های بالا دست یافت. به طور خاص نیل به ولتاژ سینوسی رگوله شده و کم اعوجاج تحت کلیه شرایط کاری از نیازهای ویژه یک ups می باشد. علاوه بر این گذار مناسب بین حالتهای مختلف عملکرد در upsهای سری-موازی از دیگر چالش های موجود در ارتباط با این سیستم ها می باشد. در این رساله یک کنترل کننده ترکیبی با عنوان rcdb برای این ups پیشنهاد می شود. این کنترل کننده ترکیبی شامل کنترل کننده deadbeat (db) و کنترل کننده تکراری (rc) می باشد. در این ساختار، کنترل کننده db پاسخ دینامیکی سیستم را ارتقاء داده و کنترل کننده rc با توجه به طبیعت تناوبی سیگنال های مرجع و اغتشاش، خطای حالت دائمی را کاهش می دهد. در پایان یک ups سری-موازی با استراتژی کنترلی بهینه و با کنترل کننده ترکیبی، معرفی شده و عملکرد آن مورد ارزیابی قرار می گیرد. همچنین با هدف بررسی صحت مطالعات تئوریک، طراحی ها و شبیه سازی های انجام شده، ups سری-موازی پیشنهادی پیاده سازی می شود.

در این پایان نامه تأثیر افزایش طول و تغییر پارامترهای خطوط ارتباطی بر رفتار دینامیکی مایکروگرید های جزیره ای مبتنی بر مبدلهای استاتیکی مورد مطالعه قرار می گیرد. استفاده از منابع پراکنده در شبکه های الکتریکی توزیع روزبه روز افزایش می یابد. این گسترش محاسن بالقوه زیادی را از قبیل افزایش بهره وری سوخت، ارتقاء قابلیت اطمینان، کاهش نیاز به سرمایه گذاری برای احداث خطوط انتقال جدید و امکان بکارگیری منابع تجدیدپذیر در مقیاسهای کوچک را بدنبال دارد. از طرف دیگر نفوذ منابع پراکنده ساختار شبکه ها را دچار تحول اساسی کرده که این موضوع به نوبه خود باعث مشکلاتی نیز می گردد. یکی از مفاهیم جدید در شبکه های شامل منابع پراکنده مایکروگرید می باشد. مایکروگرید عبارتست از مجموعه ای از منابع و بارها که می تواند بصورت خودگردان(یا جزیره ای) و مستقل از شبکه به عملکرد خود ادامه دهند. مایکروگرید ها می توانند در محدوده های جغرافیایی متنوعی تشکیل شوند. اگر گستره جغرافیایی یک مایکروگرید بزرگ باشد آنگاه خطوط ارتباطی نیز به نوبه خود طولانی می گردند. این افزایش طول می تواند ناپایداری دینامیکی را به دنبال داشته باشد که در این پایان نامه مورد مطالعه قرار می گیرد. برای انجام این مطالعه، فرض می گردد مایکروگرید تحت بررسی دارای استراتژی کنترل محلی باشد. در این استراتژی هر منبع پراکنده دارای کنترل کننده محلی بوده و ساختار فاقد یک کنترل کننده مرکزی پیچیده با سیگنالهای ارتباطی پرسرعت می باشد. به منظور تحلیل پایداری طی افزایش طول خطوط، مدل سیگنال کوچک مایکروگرید استخراج می شود. با توجه به تغییر نقطه کار طی افزایش طول خط با استفاده از روش پخش بار مناسب برای سیستم های بدون باس اسلگ، نقطه کار معتبر مایکروگرید استخراج شده و خطی سازی حول آن نقطه انجام می گردد. در ادامه احتمال بروز ناپایداری طی افزایش طول نشان داده شده و از نتایج شبیه سازی به منظور تأیید نتایج استفاده می گردد. به منظور شناسایی عوامل تاثیر گذار بر بهبود پایداری سیستم، تاثیر مقاومت و راکتانس بر واحد طول خط بررسی و از نتایج شبیه سازی جهت تایید استفاده می شود. در انتها با استفاده از امپدانس های مجازی تعریفی برای مشخصه های افتی، ناپایداری به طول های بزرگتری از خطوط منتقل می شود. نتایج شبیه سازی پایدار سازی سیستم با استفاده روش یاد شده را نشان می دهد.

وابستگی شدید جوامع صنعتی به منابع انرژی بخصوص انرژی الکتریکی از یک طرف و رو به اتمام بودن سوخت های فسیلی از طرف دیگر، لزوم انتخاب جایگزین های مناسب برای این منابع را ایجاب می کند. یکی از بهترین گزینه ها، استفاده از انرژی های تجدید پذیر مانند انرژی خورشید می-باشد. مرسوم ترین روش برای تبدیل انرژی خورشید به انرژی الکتریکی استفاده از سلول ها یا پنل های خورشیدی است. از طرفی در سیستم های خورشیدی، سطح ولتاژ dc پنل های خورشیدی و ولتاژ ac مورد نیاز مصرف کننده ها بگونه ای است که در فرآیند پردازش انرژی، نیاز به چند برابر کردن ولتاژ می باشد. این افزایش ولتاژ معمولا توسط روش-هایی مانند سری کردن پنل های خورشیدی، استفاده از ترانسفورمر های فرکانس پایین برای افزایش ولتاژ ac در خروجی مبدل dc/ac، استفاده از مبدل های dc/dc با بهره ولتاژ بالا ،سری کردن مبدل های dc/dc صورت می گیرد. در این پایان نامه تمرکز بر روی مبدل dc/dc با توان چندین صد وات و با بهره ولتاژ بالا می باشد. چنین مبدلی برای تبدیل ولتاژ یک تا چند پانل خورشیدی به ولتاژ dc بالاتر و مناسب برای ورودی مبدل dc/ac کاربرد دارد. زیرا ولتاژ ورودی مبدلdc/dc در شرایطی که تعداد پنل های سری شده در یک شاخه به دلیل مشکلاتی نظیر خازن های پارازیتی پنل ها و تاثیر سایه موضعی نمی تواند از یک حدی بیشتر شود و یا در شرایطی که به علت عدم نیاز به توان بالا نیازی به استفاده از پنل های زیادی نمی باشد، کوچک می باشد. لذا این مبدل باید بهره ولتاژ بالایی را به جهت داشتن قابلیت تغذیه یک اینورتر تک فاز یا سه فاز داشته باشد. همچنین این مبدل به منظور داشتن عملکرد مناسب در ردیابی نقطه ماکزیمم توان باید دارای ریپل جریان کمی در ورودی خود باشد. لذا در این پایان نامه برای فراهم کردن شرایطی که در بالا به آنها اشاره شد، با توجه به ایده استفاده از سلف های کوپل شونده و استفاده از اتوترانسفورمر و بر اساس مبدل sepic ایزوله ساده، دو مبدل جدید ارایه و معرفی شده اند تا ضمن حفظ ویژگی های خوب مبدل پایه، بهره ولتاژ آن را بدون افزایش در مقدار استرس ولتاژ سوییچ ها افزایش دهد. برای این منظور ابتدا مروری بر انواع تکنیک ها و مبدل هایی که در مقالات مختلف جهت استفاده در کاربرد های با توان و بهره ولتاژ بالا ارایه گردیده اند، شده است. سپس مبدل پیشنهادی sepic ایزوله با سلف کوپل شونده معرفی شده و ضمن ایجاد شرایط کلید زنی نرم در آن (مدار کمکی محدود کننده فعال)، نحوه عملکرد، مدهای کاری و روابط ریاضی مورد نیاز برای طراحی المان ها، آورده شده اند. در ادامه مبدل پیشنهادی sepic غیر ایزوله با اتو ترانسفورمر و سلف های کوپل شده جهت استفاده در کاربرد هایی که نیاز به ایزولاسیون الکتریکی ندارند، معرفی گردیده است. در حالت کلید زنی سخت برای هر دو مبدل پیشنهادی علاوه بر نتایج شبیه سازی، نتایج یک نمونه ساخته شده در توان 200 وات نیز ارایه شده اند که صحت روابط تئوری ودرستی عملکرد مبدل را نشان می دهد. برای مبدل پیشنهادی اول در حالت کلید زنی نرم نیزنتایج شبیه سازی و یک نمونه ساخته شده با توان 360 وات نیز آورده شده است.

این پایان نامه به بررسی روش های کاهش مقدار نامی قسمت اکتیو در فیلترهای قدرت هارمونیکی هیبرید می پردازد. پیشرفت فناوری در تولید و استفاده از ادوات نیمه هادی باعث گسترش بارهای غیرخطی با ماهیت جریان غیر سینوسی در ورودی شده است. جاری شدن جریان های غیر سینوسی در شبکه قدرت باعث ایجاد هارمونیک می شود. انتشار هارمونیک ها در سیستم قدرت باعث بروز مشکلات زیادی از قبیل گرم شدن ترانسفورماتورها و ماشین های الکتریکی و سوختن فیوز خازن های اصلاح ضریب توان می شود. یکی از روش های کنترل هارمونیک ها استفاده از فیلترهای قدرت است. فیلترهای قدرت به سه دسته کلی پسیو، اکتیو و هیبرید تقسیم می شوند. فیلترهای هیبرید از ترکیب فیلترهای پسیو و اکتیو ساخته می شوند. این فیلترها به گونه ای طراحی می شوند که در حد امکان مزایای ساختارهای پسیو واکتیو را داشته و معایب آنها را به حداقل برسانند. یکی از مزایای فیلترهای هیبرید نسبت به فیلترهای اکتیو، کوچکتر بودن توان نامی اینورتر در ساختارهای هیبرید است. با این وجودکاهش بیشتر توان نامی اینورتر در فیلترهای هیبرید یکی از موضوعات پژوهشی مطرح می باشد. در این پژوهش چهار نوع از ساختارهای موجود در فیلترهای هیبرید با استفاده از روابط تحلیلی و شبیه سازی بررسی شده و موضوع توان نامی اینورتر در این ساختارهای به طور خاص مورد توجه قرار می گیرد. سپس یکی از پرکاربردترین انواع فیلترهای هیبرید (فیلتر هیبرید نوع 2) انتخاب شده و با استفاده از روابط تحلیلی وشبیه سازی اثر پارامترهای مختلف قسمت پسیو در عملکرد آن بررسی می شود. نتایج این بررسی نشان می دهد که افزایش مقدار بهره ولتاژ اینورتر می تواند تاثیر پارامترهای فیلتر پسیو را در عملکرد فیلتر به حداقل برساند. به منظور کاهش تعداد عناصر پسیو، استفاده از یک آرایش ساده برای فیلتر پسیو به جای آرایش معمول بررسی می شود. در ادامه پایان نامه برای کاهش توان نامی اینورتر دو ساختار جدید پیشنهاد می شود. در هر دو ساختار با ارائه ی یک راهکار خاص، مولفه اصلی جریان اینورتر تقریباً به صفر رسیده و در نتیجه توان نامی اینورتر کاهش می یابد. در ساختار پیشنهادی اول از یک ترانسفورماتور سه سیم پیچه استفاده شده که اینورتر در سمت اولی? آن قرار داشته و سیم پیچ های ثانویه و ثالثیه توسط ترکیب خاصی از فیلترهای پسیو به ترمینال بار متصل می شوند. طراحی عناصر پسیو به گونه ای انجام شده که مولفه اصلی جریان در سیم پیچ های ثانویه و ثالثیه برابر باشد. در این ترانسفورمر تعداد دور سیم پیچ های ثانویه وثالثیه برابر بوده ولی با پلاریته معکوس به شاخه های پسیو متصل می شوند. طراحی مذکور باعث می شود که در فرکانس پایه، شار سیم پیچ ثانویه توسط شار سیم پیچ ثالثیه خنثی شده و در نتیجه جریان سیم پیچ اولیه در فرکانس اصلی صفر باشد. عملکرد این ساختار با استفاده از روابط تحلیلی و شبیه سازی بررسی می شود. در ساختار دوم از یک تانک رزونانس موازی تنظیم شده در فرکانس اصلی به صورت سری با اینورتر استفاده می شود. تانک رزونانس در فرکانس پایه امپدانس بزرگی داشته و جریان مولفه اصلی اینورتر ناچیز خواهد بود. از مزایای این ساختار می توان به کوچک بودن نسبی عناصر تانک رزونانس فرکانس پایه و عملکرد مناسب با فرض غیرایده آل بودن عناصر پسیو اشاره کرد. عملکرد این ساختار نیز با استفاده از روابط تحلیلی و شبیه سازی بررسی می شود. برای ارزیابی دقیقتر عملکرد ساختارهای پیشنهادی، مقایسه ای بین این ساختارها، ساختار نوع 2 و ساختار تزریقی انجام شده و مزایا و معایب هر یک بیان می شود.

این پایان نامه چگونگی مدل سازی دقیق سیستم های ذخیره ساز انرژی در سیستم های انرژی بادی جهت مطالعات قابلیت اطمینان و تعیین ظرفیت بهینه اجزای چنین سیستم هایی را مورد بررسی قرار می دهد. در کشورهای پهناور کانادا و روسیه مناطق مسکونی کوچکی وجود دارند که از شبکه سراسری دور بوده و لذا احداث خطوط برق رسانی به آن ها بسیار گران تمام می شود. در برخی از این مناطق به واسطه ی سختی و ناهمواری راه و در برخی دیگر به واسطه ی سیاست های دولتی حاکم، تأمین انرژی الکتریکی ازطریق منابع انرژی تجدید پذیر یکی از گزینه های جذاب می باشد. تولید این منابع وابسته به شرایط جوی بوده و نوسانی و منقطع در این رابطه استفاده از سیستم های ذخیره ساز جهت مسطح کردن نوسانات تولید و بار در کنار این منابع بسیار مرسوم می باشد. در موارد دیگر از ترکیب دیزل ژنراتورها با این منابع در حضور سیستم های ذخیره ساز استفاده می شود. این پایان نامه در مرحله ی اول قابلیت اطمینان چنین سیستم هایی را با در نظر گرفتن مدل دقیق ذخیره سازها و سایر اجزای یک سیستم ترکیبی مورد بررسی قرار می دهد. ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم های کوچک جدا از شبکه به بررسی کفایت این سیستم ها در تأمین تمامی تقاضا محدود می شود. کفایت سیستم با تکنیک احتمالی بر اساس روش های تحلیلی مورد ارزیابی قرار می گیرد. مهم ترین عیب روش تحلیلی در ارزیابی کفایت سیستم های بادی عدم بکارگیری تغییرات زمانی سرعت باد است که بر روی قابلیت اطمینان این سیستم ها تأثیر بسزایی دارد. بعلاوه با وجود سیستم های ذخیره سازی چون باتری ها مسئله پیچیده تر شده و باید رفتارهای ارتباطی اجزای سیستم در زمان شبیه سازی گردند. بنابراین در ارزیابی شاخص های قابلیت اطمینان از روش تحلیلی به همراه شبیه سازی سری زمانی سیستم استفاده شده است. در طی یک دوره ی معین با شبیه سازی سری زمانی هر یک از اجزاء، توان و انرژی آنها در ارتباط با یکدیگر و در فاصله زمانی های معین مشخص می گردند. در نظر گرفتن رفتارهای واقعی اجزای سیستم در دقت چنین مطالعاتی موثر می باشد. در روش سری زمانی می توان رفتار دقیق اجزای سیستم بر اساس مدل سازی مناسب را در مطالعات وارد کرد. این مدل سازی ها در مطالعات کفایت سیستم وارد شده و تأثیر اجزای مختلف سیستم بر ارزیابی شاخص های کفایت سیستم بررسی می گردد. در این مطالعات شاخص مقدار انتظاری کمبود تولید در قالب سناریوهای مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج با هم مقایسه می گردند. عموماً هزینه ی اولیه ی احداث سایت های تولیدی تجدید پذیر نسبت به واحدهای مرسوم تولیدی بیشتر می باشد. لذا انتخاب ظرفیت مناسب و بهینه ی این گونه سایت ها حائز اهمیت می باشد. به عبارت دیگر این سایت ها علاوه بر دارا بودن کفایت مناسب در تأمین انرژی بار، باید به لحاظ اقتصادی نیز به صرفه باشند. تعیین ظرفیت بهینه ی سیستم در ارزیابی های اقتصادی بر طبق استراتژی مدیریت توان انجام می گیرد. در حل تعیین ظرفیت بهینه ی هر یک از اجزای سیستم، به واسطه ی گستره و ابعاد مسئله، از الگوریتم تصادفی ژنتیک استفاده شده است. اطلاعات و مشخصات فنی و اقتصادی مربوط به اجزا بر اساس کاتالوگ کارخانه ی سازنده و نتایج تست های آزمایشگاهی صورت گرفته، جمع آوری شده است. در این رابطه نیز نتایج سناریوهای مختلف نشان داده شده و مقایسه می گردند.

امروزه سیستم های حمل و نقل الکتریکی به سرعت در شهرها در حال گسترش هستند و با داشتن مزایایی مثل کاهش ترافیک، کاهش آلودگی های زیست محیطی و صوتی، یکی از ارکان اصلی حمل و نقل در شهرهای بزرگ محسوب می شوند. سیستم حمل و نقل الکتریکی یک سیستم پیچیده است که دارای بخش های مختلفی می باشد. سیستم زمین یکی از مهم ترین بخش های برقی شبکه های حمل ونقل الکتریکی می باشد که در این تحقیق به آن پرداخته می شود. در سیستم های حمل و نقل الکتریکی وقتی راجع به زمین بحث می شود، بایستی به دو موضوع توجه کرد، نخست سیستم زمین که بایستی برای اهدافی مثل جلوگیری از مواجه شدن افراد با خطر شوک الکتریکی در هنگام بروز خطا در سیستم ، عملکرد صحیح تجهیزات حفاظتی و هدایت گذراها و نویز به زمین برای سیستم های حمل ونقل الکتریکی طراحی شود و مساله دیگر، استفاده از ریل ها به عنوان مسیر برگشت جریان در شبکه های حمل و نقل الکتریکی dc می باشد که باعث ایجاد پتانسیل الکتریکی ریل ها نسبت به زمین و نشت جریان های سرگردان به زمین می شود. پتانسیل الکتریکی ریل ها نسبت به زمین می تواند باعث ایجاد خطر شوک الکتریکی برای افراد شود و مهم ترین اثر جریان های سرگردان، خوردگی تاسیسات فلزی مجاور مدفون در زیر خاک مثل لوله های فلزی و آرماتورهای تقویت کننده بتن می باشد که در صورت عدم کنترل می تواند آسیب جدی به زیرساخت های شهری وارد کند. بنابراین یکی از اهداف این تحقیق ارائه روش های موثر در جهت کاهش اثرات نامطلوب تزریق جریان های ac و dc به زمین می باشد. در این پایان نامه ابتدا ساختار کلی شبکه های الکتریکی که به منظور تغذیه سیستم های حمل ونقل الکتریکی به کار می رود مورد بررسی قرار گرفته و روش های بدست آوردن پارامترهای مهم شبکه الکتریکی بیان شده است. پس از محاسبه پارامتر های الکتریکی مورد نیاز شبکه قطار شهری اصفهان، جریان های اتصال کوتاه dc و ac در این سیستم با استفاده از شبیه سازی بدست آمده است. به منظور بررسی عملکرد سیستم زمین هنگام تزریق جریان خطا، ابتدا اصول طراحی و آنالیز سیستم زمین بیان و تاثیر پارامترهای مختلف بر عملکرد سیستم زمین بررسی شده است. در نهایت عملکرد سیستم زمین اجرا شده در ایستگاه های قطار شهری اصفهان از لحاظ کنترل ولتاژهای خطرناک هنگام بروز خطا مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین روش هایی به منظور اصلاح و و بهبود عملکرد سیستم زمین ارائه شده است. یکی از مهم ترین مسایل در سیستم های حمل و نقل الکتریکی dc، پتانسیل الکتریکی ریل ها و جریان های سرگردان می باشد. به منظور مطالعه ی این مسایل در سیستم های حمل و نقل الکتریکی dc، ابتدا روش های مدلسازی سیستم ریل- زمین بیان و سپس تاثیر پارامترهای مختلف بر پتانسیل الکتریکی ریل ها و جریان های سرگردان بررسی شده است. در ادامه قطار شهری اصفهان به عنوان یک سیستم عملی در نظر گرفته شده و با استفاده از شبیه سازی، پتانسیل ریل ها و جریان های سرگردان در این سیستم مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین تاثیر و کارایی تجهیزات کنترل ولتاژ و شبکه های جمع آوری جریان سرگردان در شبکه های قطار شهری مورد مطالعه قرار گرفته است. در پایان روش هایی به منظور اصلاح و بهبود عملکرد تجهیزات کنترل ولتاژ و شبکه های جمع آوری جریان سرگردان در شبکه های قطار شهری ارائه شده است.

در این پایان نامه به بررسی رفتار دینامیکی و حالت دائمی اینورترهای تکفاز متصل به شبکه در حضور کنترل کننده های مختلف پرداخته شده است. انرژی های تجدیدپذیر به عنوان راه حلی در مسیر جستجوی منابع انرژی پایدار مطرح و با توجه به افزایش قیمت سوخت های فسیلی، نگرانی های زیست محیطی و افزایش تقاضا برای مصرف انرژی، استفاده از آن ها بسیار فراگیر شده است. خروجی خام و dc این منابع و مصرف غالب انرژی الکتریکی به فرم ac، اینورترها را به جزء لاینفک سیستم های انرژی تجدیدپذیر متصل به شبکه تبدیل کرده است. از سوی دیگر با توجه به سطح توان و نیز نوع شبکه در دسترس در مصارف خانگی انرژی های تجدیدپذیر، استفاده از اینورترهای تکفاز متصل به شبکه بسیار رونق گرفته است. از آن جا که اینورتر در این ساختار در تقابل با شبکه قدرت قرار دارد، استفاده از استراتژی مناسب برای همگام سازی جریان تولیدی با ولتاژ شبکه الزامی می باشد. در این پایان نامه استفاده از pll تکفاز مبتنی بر تبدیل پارک پیشنهاد و روش های تحقق بلوک تولید کمیت متعامد به عنوان جزء اساسی در این ساختار معرفی شده اند. همچنین ارزیابی های متعددی برای انتخاب روشی کارا به منظور تولید کمیت متعامد انجام گرفته است. روش های متفاوتی برای کنترل اینورترهای تکفاز متصل به شبکه به کار می رود که عمدتا جزو دسته روش های کنترل جریان قرار می گیرند. از میان این روش ها، استفاده از کنترل کننده های تناسبی انتگرالی (pi) پیاده سازی شده در مختصات سنکرون و کنترل کننده تناسبی رزونانسی (pr) پیاده سازی شده در مختصات ثابت به دلیل کاربرد بیشتر و کارایی مطلوب در حوزه مطالعه این پایان نامه قرار گرفته است. تفاوت چشمگیری میان استفاده از کنترل کننده های pr برای سیستم های تکفاز و سه فاز وجود نداشته و در مقابل، پیاده سازی کنترل کننده در مختصات سنکرون برای این سیستم ها متفاوت می باشد. وجود دو کمیت متعامد کوپل شده در یک سیستم سه فاز، امکان استفاده از تبدیل پارک برای انتقال کمیت ها از مختصات ثابت به سنکرون را فراهم می آورد. این در حالی است که این کمیت متعامد در یک سیستم تکفاز موجود نبوده و باید به طریق مناسب تولید گردد. این مسائل در کنار افزایش تعداد اینورترهای متصل شده به شبکه های توزیع لزوم بررسی دقیق تر رفتار دینامیکی و حالت گذرای این سیستم ها را طلب می نماید. برای بررسی رفتار اینورترهای تکفاز متصل به شبکه در این پایان نامه ابتدا مدل مناسبی از سیستم استخراج شده است. این مدل فارغ از پیچیدگی های غیر لازم در روند بررسی مسائل سیستماتیک اینورتر بوده و در عین حال رفتار سیستم را با دقت قابل قبولی شبیه سازی می کند. به این ترتیب امکان ارزیابی عملکرد حالت دائمی و حالت گذرای روش های کنترل مذکور فراهم و این ارزیابی با دقت کافی انجام شده است. از سوی دیگر برای بررسی رفتار این سیستم در عمل، یک نمونه آزمایشگاهی با استفاده از پردازندهdsp از نوع tms320f28335 پیاده سازی گردید. نتایج حاصل از تحلیل مدل با نتایج عملی بدست آمده مقایسه و تطابق مطلوب میان آن ها نشان داده شده است. کلمات کلیدی: اینورتر تکفاز، اینورتر متصل به شبکه، کنترل جریان، قاب مرجع سنکرون، تولید کمیت متعامد، کنترل کننده تناسبی-رزونانسی

امروزه استفاده از منابع انرژی پراکنده کاربرد وسیعی یافته است. اگرچه این منابع بسیاری از مشکلات شبکه را حل می کنند، اما زیاد شدن تعداد آن ها مسائل فراوانی برای سیستم قدرت به همراه دارد. استفاده از مایکروگرید راه حلی است که علاوه بر بهره گیری از مزایای منابع انرژی پراکنده برخی از مشکلات ایجاد شده توسط آن ها را نیز منتفی می کند. هم چنین مایکروگریدها کیفیت برق و قابلیت اطمینان تأمین انرژی مشترکان را افزایش می دهند. در این پایان نامه مفهوم مایکروگرید بررسی و اصول اساسی آن توضیح داده می شود. برخی از مایکروگریدهای پیاده سازی شده در سرتاسر دنیا و مشخصات آن ها معرفی می گردد. یکی از حالت های کاری مایکروگرید که نقش اساسی در افزایش قابلیت اطمینان مشترکان دارد حالت کاری جزیره ای است. با توجه به اینکه بسیاری از منابع انرژی پراکنده ی مورد استفاده در مایکروگریدها، مبتنی بر مبدل استاتیکی هستند ویژگی های مایکروگرید جزیره ای با منابع مبتنی بر مبدل بررسی می گردد. اصول عملکرد مایکروگریدها در حالت جزیره ای بررسی و کنترل محلی و پراکنده به منظور کنترل ولتاژ و فرکانس مایکروگرید و تقسیم بار بین منابع آن در نظر گرفته شده و جزئیات پیاده سازی روش افتی مرسوم و معکوس شرح داده می شود. سپس روش قاب مجازی فرکانس- ولتاژ معرفی و ساختار آن تشریح می گردد. از این روش برای کنترل توان تولیدی توسط منابع مایکروگرید استفاده می شود و ویژگی اصلی آن مجزا کردن توان های اکتیو و راکتیو از یکدیگر می باشد. در ادامه رخدادهای سیگنال بزرگ پیش روی مایکروگرید در حضور دو روش افتی مرسوم و قاب مجازی فرکانس- ولتاژ با انجام شبیه سازی های حوزه ی زمان بررسی شده و مشخص می گردد که روش قاب مجازی در بهبود پایداری سیستم، کاهش دامنه و زمان نوسان گذراهای حاصل از استرس های وارد شده به مایکروگرید عملکرد بهتری نسبت به روش افتی مرسوم دارد. ضعف کنترل قاب مجازی بیان شده و با استفاده از مفهوم تبدیل قاب مجازی روشی برای اصلاح آن ارائه می گردد. در نهایت یک مایکروگرید گسترده تر به عنوان شبکه ی تست معرفی شده و از روش قاب مجازی برای کنترل منابع این شبکه استفاده می گردد. مشخص می شود که روش کنترل قاب مجازی مستقل از گستردگی و پیچیدگی ساختار مایکروگرید، در مقایسه با روش افتی مرسوم پایداری شبکه را بهبود می دهد.

امروزه استفاده از منابع تجدیدپذیر به عنوان جایگزین سیستم های فسیلی تولید انرژی الکتریکی مورد توجه پژوهشگران و دولت ها قرار گرفته است. در این میان سیستم های مبتنی بر پدیده ی فوتوولتائیک جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص داده اند. یکی از مسائل اصلی در پیاده سازی یک سیستم فوتوولتائیک، نحوه ی اتصال پانل های خورشیدی به یکدیگر و روش اتصال پانل(ها) به واسط الکترونیک قدرت موجود در آن هاست. روش های متفاوتی برای اتصال پانل ها به یکدیگر و اتصال آن ها به واسط الکترونیک قدرت وجود دارد که در این میان ماژول ac از بسیاری جهات راهکاری بهینه به شمار می آید. ماژول ac از یک پانل و یک واسط الکترونیک قدرت تشکیل شده است. واسط الکترونیک قدرت به کار رفته در ماژول ac از مهم ترین بخش های تشکیل دهنده می باشد که در کارایی سیستم نقش مهمی را ایفا می کند. این واسط ها در یک دسته بندی به دو نوع تک مرحله ای (تک طبقه) و چند مرحله ای (چند طبقه) تقسیم می شوند. اینورتر فلای بکِ تک مرحله ای به دلیل تعداد المان کم و ساختار نسبتا ساده یک گزینه ی مناسب برای کار در چنین ساختارهایی است. در این پایان نامه ابتدا به بررسی این اینورتر در ماژول های ac در سه مد (حالت) کاریِ جریان گسسته، جریان پیوسته و حالت مرزی پرداخته شده است تا ساختار از نقطه نظر عملکرد و کنترل در هر کدام از این مدها بررسی شود و شرایط عملکرد بهینه ی اینورتر (از نظر مد کاری) معین گردد. در ادامه به بررسی مشکل نوسان توان در ورودیِ اینورترهای تک فاز متصل به شبکه (و به طور خاص در اینورتر فلای بک) پرداخته شده است. راه حل سنتی حل این مشکل، استفاده از یک خازن الکترولیتی با ظرفیت بسیار زیاد است که از لحاظ اقتصادی و قابلیت اطمینان گزینه ی مناسبی برای کار در یک ماژول ac به شمار نمی رود. به کار بردن مدارهای اکتیو که از یک خازن کوچک از نوع فیلم استفاده می کنند یکی از راه حل های رایج برای حل مشکل نوسان توان می باشد. در این پایان نامه مدارهای اکتیو پیشنهاد شده توسط پژوهشگران برای حذف خازن الکترولیتی مورد بررسی قرار گرفته اند و در انتها راهکاری نوین برای حل این مشکل در اینورتر فلای بک جریان گسسته به کار رفته در ماژول ac مطرح گشته است. در ارائه ی این راهکار سعی بر آن است تا مهم ترین مزیت های موجود در روش های گذشته به همراه حذف برخی از مشکلات موجود در این روش ها در کنار هم جمع شود و نوسان توان با کمترین میزان خازن حذف گردد. صحت عملکرد این مدار از طریق شبیه سازی در نرم افزار psim اثبات شده است.

اتصال بارهای غیر خطی به شبکه قدرت باعث اعوجاج ولتاژ شبکه و در نتیجه کاهش کیفیت شبکهقدرت میگردد. وجود هارمونیکهای ناخواسته در شبکه باعث مشکلاتی از قبیل تلفات خطوط انتقال، کاهش قدرت مفید قابل انتقال، اختلال در کارایی سیستمهای مخابراتی و ... میشود. با افزایش هارمونیکها در شبکه، استاندارهای مختلفی برای بهبود کیفیت شبکه قدرت معرفی گردیده است. در این استانداردها، محدودیتهایی بر تزریق ها هارمونیک توسط بارهای غیر خطی به شبکه اعمال شده است. مشکلات ذکر شده در بالا باعث گردیده که از همان ابتدا روشهای مختلفی برای حذف هارمونیکها پیشنهاد شود. ابتدایی ترین و مرسومترین روش برای این منظور استفاده از فیلترهای پسیو lc میباشد. با پیشرفت تکنولوژی ساخت قطعات نیمه هادی قدرت فیلترهای اکتیو مورد توجه و استفاده قرار گرفته اند. در این فیلترها با تزریق مناسب ولتاژ یا جریان اثر بارهای غیر خطی کاهش داده میشود. محاسبه توان الکتریکی تحت شرایط غیر سینوسی، سنگ بنای آنالیز فیلترهای قدرت اکتیو میباشد بنابراین تعاریف مختلف توان الکتریکی و روابط بین آنها با جزئیات بیشتر بررسی میشوند. در این پایان نامه تئوری فیلترهای قدرت اکتیو تشریح شده است. روشهای کنترل فیلترهای قدرت اکتیو شئت و سری و روشهای جدید کنترل فیلتر قدرت اکتیو شئت در سیستمهای سه فاز چهار سیمه، با جزئیات بیشتر تشریح میشود. روش جدید پیشنهادی بسیار موثر انعطاف پذیر و کم هزینه میباشد و همان کارایی روشهای کنترلی پیچیده بر اساس تئوری توان لحظه ای را دارد. در نهایت کاربرد مبدلهای سوییچینگ نرم برای کاهش تلفات در فیلترهای اکتیو مورد بررسی قرار می گیرد و فیلتر اکتیو با مبدل رزونانس لینک dc در یک سیستم سه فاز چهار سیمه با نرم افزار psim شبیه سازی میشود.

چکیده خازن سری در خطوط انتقال به منظور جبران راکتانس سلفی خط بکار می رود. خازن سری دارای مزایای زیادی از جمله: بهبود پایداری حالت دایمی، بهبود پایداری حالت گذرا، تقسیم بار بین خطوط موازی می باشد . با این وجود بکارگیری خازن سری در خط انتقال، با خطر ایجاد تشدید زیرسنکرون(ssr) مواجه است. تشدید زیرسنکرون به شرایطی گفته می شود که در آن سیستم الکتریکی با سیستم مکانیکی توربین- ژنراتور در یک یا چند فرکانس طبیعی زیرسنکرون در حال مبادله انرژی می باشد. تحت این شرایط، سیستم توربین- ژنراتور در فرکانس های مدهای پیچشی شروع به نوسان می کند. در صورتیکه میرایی به اندازه کافی در سیستم مکانیکی و الکتریکی وجود نداشته باشد، دامنه نوسانات پیچشی افزایش پیدا می کند و ممکن است منجر به آسیب رساندن به محور توربین- ژنراتور گردند. statcom یکی از ادوات facts موازی می باشد که قابلیت های زیادی در سیستم قدرت دارد. هدف اصلی این پایان نامه، طراحی کنترل کننده میرایی نوسانات زیرسنکرون با استفاده از سیگنال های محلی، برای statcom در مکان های مختلفی از خط انتقال، می باشد. برای statcom در باس ترانسفورمر و در نزدیکی ژنراتور، کنترل کننده با استفاده از سیگنال انحراف سرعت ژنراتور، طراحی شده و کارایی چنین کنترل کننده ای در نقاط کار مختلف شبکه تحلیل گردیده است. اما در شرایطی که statcom در نقطه ای دور از ژنراتور قرار گرفته، امکان دسترسی آن به سیگنال انحراف سرعت وجود ندارد، لذا باید از سیگنال دیگری برای میرایی نوسات زیرسنکرون استفاده کرد. در این پایان نامه نشان داده شده است که سیگنال جریان راکتیو خط انتقال برای طراحی کنترل کننده میرایی نوسانات زیرسنکرون کارایی خوبی دارد و برای اولین بار از این سیگنال جهت میرایی نوسانات زیرسنکرون بهره گرفته شده است. در این پایان نامه سیستم ieee first benchmark بعنوان سیستم قدرت مورد مطالعه، در نظر گرفته شده است. همچنین بمنظور تحلیل پدیده تشدید زیرسنکرون و بررسی کارایی کنترل کنندهای پیشنهادی حالت های اصلاح شده ای از سیستم ieee first benchmark شامل چند واحد توربین- ژنراتور موازی و همچنین چند خط جبران شده با خازن سری نیز تحلیل و بررسی شده اند و کنترل کننده میرایی نوسانات زیرسنکرون مناسب برای یک statcom که در باس مشترک واقع شده است، پیشنهاد و طراحی شده است. قرار گرفتن statcom در این مکان بیشتر با هدف میراکردن نوسانات زیرسنکرون می باشد.گرچه علاوه بر میراکردن نوسانات زیرسنکرون statcom در این مکان می تواند منجر به بهبود پایداری ولتاژ و جلوگیری از ایجاد حالت زیرتحریک در ژنراتورها و بهبود پایداری نوسان اول و میرایی نوسانات توان شود. بنابراین جبران موازی اکتیو به کمک statcom یک مکمل مناسب برای جبران سری پسیو می باشد که به کمک یکدیگر منجر به بهبود پایداری حالت گذرا و حالت دایمی در سیستم می شوند. از دو روش آنالیز مقادیر ویژه و شبیه سازی های غیر خطی در نرم افزار pscad در این پایان نامه جهت تحلیل پدیده تشدید زیرسنکرون و اثبات کارایی کنترل کننده های پیشنهادی، بهره گرفته شده است.

امروزه استفاده از سیستم های انتقال انرژی بدون تماس برای تأمین انرژی مورد نیاز تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. انتقال با ایمنی بالا، راحتی در انتقال ، امکان انتقال و تأمین انرژی به نقاط دور از دسترس از جمله برتری های سیستم های انتقال انرژی بدون تماس نسبت به سیستم های کنونی تماسی عنوان می شود.چنین سیستم هایی امروزه، انتقال توان از چند دهم میلی وات تا چندین کیلووات را در فاصله چند میلیمتر تا 2 یا 3 متر فراهم آورده اند. به همین علت کاربردهای بسیار متفاوت از تأمین انرژی تجهیزات میکرو الکترونیک کاشته شده در بدن انسان، تا شارژ بدون تماس دستگاه های الکترونیکی و تأمین انرژی سیستم های الکترونیکی و الکتریکی در فواصل نسبتاً زیاد پیدا کرده اند. یکی از مهم ترین و رو به رشدترین کاربردهای سیستم های انتقال بدون تماس، شارژرهای بدون تماس خودروهای الکتریکی می باشد. با افزایش جمعیت جهان، تقاضا برای استفاده از خودروها و وسایل حمل ونقل بسیار افزایش یافته است. مهم ترین مشکلات در برابر الکتریکی شدن کامل سیستم های حمل ونقل، ظرفیت پایین ذخیره کننده های انرژی و در نتیجه برد کم در حالت شارژ کامل خودروهای الکتریکی و همچنین زمان شارژ بسیار زیاد این خودروها می باشد. اولین راه حل برای این مشکل، افزایش توان انتقالی در سیستم های شارژ خودروهای الکتریکی و همچنین شارژ مداوم و در حال حرکت این خودروهای می باشد. انتقال توان بالا در سیستم های شارژ تماسی مشکلات بسیار از جمله خطرات بیشتر در هنگام انتقال، محدودیت زیاد در محیط های عمومی و خانگی و عدم شارژ به خاطر فراموشی، خواهد داشت. سیستم های انتقال انرژی بدون-تماس امکان انتقال انرژی زیاد در مدت زمان کم را فراهم می نماید و درعین حال انتقال در ایمنی بالاتر و با راحتی کاربر انجام می شود. همچنین با تحقق چنین سیستم هایی امکان شارژ خودروهای الکتریکی در حال حرکت ایجاد و در نتیجه ظرفیت مورد نیاز برای ذخیره کننده های انرژی در این خودروها، کاهش می یابد. در این پایان نامه لینک القایی سیستم انتقال انرژی بدون تماس، برای شارژ خودروهای الکتریکی، منطبق بر استانداردهای شارژ ارائه شده طراحی و پارامتر های سیستم برای رسیدن به عملکردی مطلوب با طراحی یک مسئله بهینه سازی با در نظر گرفتن مسائل عملی، محاسبه شده اند. مدلی تحلیلی برای لینک القایی در سیستم انتقال بدون تماس، با توجه به شکل هندسی در نظر گرفته شده برای سیستم ارائه و صحت و دقت مدل با استفاده از شبیه سازی المان محدود سیستم در نرم افزار ماکسول، شبیه-سازی مدل تحلیلی سیستم در نرم افزار متلب و پیاده سازی عملی یک نمونه آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین مسائل مربوط به تداخل الکترومغناطیسی و سازگاری الکترومغناطیسی بررسی، و نشان داده شده است سیستم طراحی شده عملکردی منطبق بر استانداردهای ارائه شده برای مسائل تداخل الکترومغناطیسی و سازگاری الکترومغناطیسی دارد.

با توجه به حجم قابل ملاحظه منابع تغذیه در دستگاههای الکتریکی کاهش حجم و وزن آنها یکی از مسایل مهم طراحی می باشد در منابع تغذیه سوییچیگ این فرایند با افزایش فرکانس سوییچینگ انجام می شود. در فرکانسهای سوییچینگ بالا تلفات سوییچینگ و نوبر eml افزایش می یابد که باعث محدود شدن فرکانسی کر می شود. روشهای سوییچینگ نرم راه حل مناسبی برای کاهش تلفات سوییچینگ و نوبز در فرکانسای بالا هستند. اولین روش سوییچینگ نرم راه حل مناسبی برای کاهش تلفات سوییچینگ و نوبز در فرکانسهای بالا هستند. اولین روش سوییچینگ نرم اسنابرهای تلفاتی بودند که هر چند تلفات را از سوییچ دور می کنند ولی کمکی به افزایش راندمان کل مدار نمی کنند. بعد از آن مدلهای رزنانسی و شبه رزنانسی پینهاد شدند که تلفات سوییچینگ مدار را کاهش می دهند ولی باعث پیچیدگی سیستم کنترل و افزایش استرس جریان و ولتاژ سوییچیها می شوند از سال 1994 روشهای zvt،zct و zczvt پیشنهاد شدند که بدون ایجاد پیچیدگی قابل توجه در سیستم کترل و افزایش استرس سوییچها شرایط سوییچینگ نرم را فراهم می آورند در این پایان نامه مدلهای zvt،zct و zczvt مورد بررسی قرار می گیرند.سپس خانواده ای از مبدلهای zvt و zct ایجاد می گردد. نهایتا روشی برای ایجاد مدلهای پیشنهادی به طور کامل تجزیه و تحلیل شده و صحت تحلیل تیوریک توسط نتایج عملی اثبات شده است. در پایان نتیجه گیری و پیشنهادات برای ادامه کار بیان می شود.

کوره های قوس الکتریکی از جمله بارهای بزرگی هستند که مشخصه ی ولتاژ- جریان آنها غیرخطی، تغییرپذیر با زمان و تا حدودی تصادفی می باشد. طیف هارمونیکی گسترده، دامنه ی بالای هارمونیک های تولیدی، ضریب توان پایین و تغییرات زیاد در توان اکتیو و راکتیو مصرفی، از جمله مشخصات این نوع بارها می باشد. جهت جبران توان راکتیو و رفع فلیکر ولتاژ در این بارها معمولاً از svc استفاده می شود. با توجه به تزریق زیاد هارمونیک های جریان توسط کوره های قوس و راکتور متغیر جبران کننده (tcr), عموماً خازن های موجود در svc به صورت فیلترهای پسیو پیاده سازی می گردند. مرسوم ترین روش برای طراحی این فیلترها یافتن مشخصه ی امپدانسی سیستم در حوزه ی فرکانس و مشاهده ی تأثیر این فیلترها بر این مشخصه می باشد. در این پایان نامه ضمن بررسی مدل های مختلف کوره ی قوس و tcr در حوزه ی فرکانس و مقایسه ی آنها با یک شبیه سازی زمانی, یک مدل جدید غیر خطی از کوره ی قوس نیز در حوزه ی فرکانس ارایه شده است. در ادامه انواع فیلترهای پسیو شامل فیلترهای شکافی، فیلترهای نوع pi و فیلترهای نوع c مورد مطالعه قرار گرفته و ضمن بررسی معایب و محاسن هر یک، به نحوه ی طراحی این فیلترها نیز پرداخته می شود. روش ارایه شده برای طراحی فیلتر نوع pi برای اولین بار در این تحقیق ارایه شده است. با ارتقاء توان مصرفی کوره های قوس و نصب راکتورهای سری جدید در شبکه ی فولاد مبارکه اصفهان, این مجتمع نیاز به نصب svc های جدیدی خواهد داشت. با بکارگیری مدل های بدست آمده برای کوره ی قوس و tcr در حوزه ی فرکانس به طراحی انواع فیلترهای پسیو با آرایش های مختلف برای شبکه ی فولاد مبارکه اصفهان پرداخته شده و عملکرد آنها با یکدیگر مقایسه شده است.

شرایط اقتصادی، پیشرفت تکنولوژی و تغییر در نگرش های سیاسی در بسیاری از کشورهای دنیا، صنعت برق را از انحصار خارج و به یک بازار رقابتی تحت عنوان صنعت تجدید ساختار و مقررات زدایی شده مبدل نموده است. در ساختار جدید، برای هر چه بیشتر رقابتی کردن بازار، تخصیص هزینه های سیستم انتقال بر مبنای میزان استفاده هر قرارداد از تجهیزات این سیستم صورت می پذیرد. از طرف دیگر، جبران تلفات انتقال به عنوان یکی از مهمترین خدمات جانبی بازار و تخصیص هزینه های آن از دیگر مسایل مورد توجه در بازار رقابتی برق است. در این پایان نامه، به منظور تخصیص هزینه های انتقال و جبران تلفات اکتیو بر مبنای میزان استفاده واقعی هر قرارداد از تجهیزات سیستم انتقال، به تعیین سهم کاربران در فلوی اکتیو عبوری از خطوط و تلفات ایجاد شده در شبکه پرداخته می شود. در این راستا، یک روش جدید ردیابی توان اکتیو مبتنی بر عملکرد واقعی سیستم پیشنهاد شده است. روش ارایه شده با تبدیل مدل بار و شناسایی مسیرهای انتقال توان اکتیو بر پایه روابط مداری قابل اثبات، درصد سهم کاربران را در فلوی اکتیو خطوط مشخص می نماید. از ویژگی های بارز روش پیشنهادی، تعیین سهم کاربران در تلفات خطوط همزمان با ردیابی توان اکتیو می باشد. در واقع با بکارگیری تنها یک الگوریتم، تخصیص هزینه در هر دو بخش انتقال و تلفات صورت می گیرد. نتایج عددی بدست آمده از بررسی روش ارایه شده بر روی دو شبکه آزمون و مقایسه با روش های دیگر، نشان می دهند که روش پیشنهادی می تواند به عنوان یک روش موثر در بحث تخصیص هزینه انتقال و تلفات اکتیو مطرح و در بازار رقابتی برق بکار گرفته شود.

امروزه افزایش بهم پیوستگی شبکه های قدرت و گسترش نیروگاه ها و ژنراتورهای محلی، سبب افزایش قدرت اتصال کوتاه شبکه ها گردیده است. کاهش قدرت اتصال کوتاه در شبکه های قدرت ضمن حفظ پروفیل مناسب ولتاژ یکی از اهداف بهره برداران سیستم های قدرت می باشد که دلیل این امر نیز بخاطر جلوگیری از هزینه های زیاد تعویض کلیدهای حفاظتی قدرت می باشد. یکی از راه های کاهش جریان خطا، تغییر آرایش شبکه می باشد. در این روش می توان با تغییر دادن مسیر عبور جریان، امپدانس موثر خط را افزایش داد و اثر منابعی را که در تأمین جریان خطا مشارکت دارند کم نمود. یکی دیگر از راه حل های موجود استفاده از ادوات محدودکننده جریان می باشد. بطور کلی محدود کننده های جریان، ادواتی هستند که در شرایط عادی شبکه، تأثیر ناچیزی بر روی عملکردآن می گذارند ولی به محض وقوع خطا قادرند در مدت زمان کوتاهی جریان خطا را محدود نمایند. بازیابنده های دینامیکی ولتاژ (dvr) به عنوان یکی از ادوات custom power، نقش مهمی در محافظت از بارها ایفا می کنند. علاوه بر وظیفه اصلی dvr در جبران پدیده های کوتاه مدت ولتاژ، می توان از این ساختار جهت کاهش جریان اتصال کوتاه در خطاهای پایین دست فیدرها نیز استفاده نمود. در این پایان نامه ابتدا به بررسی تغییر آرایش شبکه و ادوات محدودکننده جریان در کاهش جریان خطا پرداخته می شود. در مرحله بعد عملکرد dvrجهت کاهش جریان اتصال کوتاه مورد بررسی قرار می گیرد. در طی این روند کلیه روابط حاکم بر dvr در مد محدودکنندگی جریان بدست آورده می شود. در قسمت بعد با استفاذه از روابط بدست آمده، استراتزی های کنترلی dvr در این مد کاری مورد بررسی قرار گرفته و در مورد مزایا و معایب آن هابحث می شود. از شبیه سازی های حوزه زمان نیز برای تایید بررسی ها کمک گرفته می شود.

با تجدید ساختار سیستم های قدرت، استفاده از منابع تولید پراکنده بعنوان یکی از راههای موثر تأمین انرژی الکتریکی مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. این منابع می توانند زمینه ساز تعامل تولید کنندگان خرد در بازارهای برق باشند و در صورت استفاده از انرژی های تجدید پذیر نیز منافع زیست محیطی فراوانی را فراهم آورند. از آنجا که منابع تولید پراکنده معمولاً به شبکه های توزیع متصل می گردند که محل وقوع بیشترین خطاهای منجر به قطع برق مشترکین است، مطالعه و ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه های توزیع با وجود این منابع ضرورت می یابد. در این پایان نامه ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه توزیع در شرایط بهره برداری متفاوت از انواع منابع تولید پراکنده مورد بررسی قرار گرفته است و روشی برای برآورد قابلیت اطمینان در حضور منابعی که میزان تولید معین و امکان اتصال دایمی و یا موقت به شبکه را دارا هستند پیشنهاد شده است. روش مذکور بر اساس تعریف ماتریس اتصال و در نظر گرفتن منحنی ساعتی بار بوده و دقت آن با روش های شبیه سازی قابل مقایسه است. همچنین برای انجام این برآورد در شبکه های توزیع دارای توربین های بادی که منابعی با تولید غیر قطعی به حساب می آیند الگوریتمی بر اساس مدل سازی تصادفی میزان تولید و با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو ارایه شده است. محاسبه شاخص های استاندارد شبکه توزیع در یک سیستم تست نمونه و تحلیل آنها مبین کارآیی و دقت این روش ها در ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه در شرایط مختلف بهره برداری از منابع تولید پراکنده است.

بانک های خازنی در سیستم های توزیع با هدف اصلاح ضریب قدرت، بهبود پروفیل ولتاژ، کاهش تلفات خط و نیز آزادسازی ظرفیت خط مورد استفاده قرار می گیرند. اما گذراهای نوسانی ایجاد شده توسط سویچینگ خازن در اغلب موارد برای تجهیزات حساس الکترونیکی مشکلات فراوانی را به همراه دارد. به دلیل کاربرد های وسیع بانک های خازنی، گذراهای نوسانی پس از کمبود ولتاژ دارای بیشترین تعداد نسبت به سایر پدیدیده های کیفیت توان می باشند. از طرف دیگر حضور بانک های خازنی در شبکه های آلوده باعث ایجاد مشکلاتی از قبیل افزایش اعوجاج ولتاژ، ایجاد رزونانس، فرو رزونانس، تشدید، گرمای غیرمجاز بانک های خازنی و در مواردی ترکیدن خازن ها می شود. در این پایان نامه هدف بررسی مشکلات و اثرات متقابل بانک های خازنی و سیستم های توزیع، پیشنهاد راهکارهای مناسب در جهت کاهش و یا اصلاح این مشکلات و بویژه تعیین محل بانک های خازنی سوییچ شونده از طریق آنالیز گذراهای نوسانی در سیستم های توزیع می باشد. مشکلات از نظر تیوری مورد بررسی قرار گرفته و برای محاسبه و مدلسازی، سیستم توزیع استاندارد 13 باس ieee استفاده شده است. اثرات منفی حضور خازن ها بر ضریب قدرت، رزونانس، اعوجاج و شاخص های اندازه گیری منشأ و میزان آلودگی در سیستم بررسی شده است. فرکانس رزونانس سیستم با استفاده از گذراهای نوسانی و تکنیک های تبدیل فوریه تخمین زده شده است. با استفاده از انرژی گذراها، تغییرات فاز و مقدار موثر جریان فیدرها و تغییرات ناگهانی ولتاژ و جریان فیدرها در هنگام سوییچ شدن خازن، محل بانک های خازنی سوییچ شونده تعیین شده است. در این پایان نامه دو شاخص جدید و کارآمد برای تعیین محل بانک های خازنی سوییچ شونده پیشنهاد شده است. یکی از این شاخص ها بر اساس تغییرات ناگهانی ولتاژ و جریان و دیگری بر اساس تغییرات ناگهانی جریان بلافاصله پس از سوییچینگ خازن، محاسبه می شود. روش تخمین فاصله ی بانک خازنی تا محل مانتیورینگ بررسی شده است. زمان سوییچینگ خازن و نیز مقادیر ولتاژ و جریان در زمان سوییچینگ به کمک تبدیل موجک تعیین می شوند. در نهایت یک الگوریتم جدید برای تعیین محل دقیق بانک های خازنی سوییچ شونده در سیستم های توزیع واقعی پیشنهاد شده است. روش معرفی شده در این الگوریتم، از نظر تیوری اثبات شده و از طریق شبیه سازی صحت آن تأیید شده است.

سیستم ذخیره انرژی هیبرید، به سیستمی گویند که در آن از دو یا چند عنصر ذخیره انرژی استفاده شده باشد. باطری و ابرخازن در المان ذخیره انرژی هستند که وقتی در کنار یکدیگر قرار گیرند دارای قابلیت زیادی جهت تامین انرژی و توان مورد نیاز بار خواهند بود. در چنین سیستمی قسمت اعظم انرژی در باطری ذخیره شده و پالسهای توان بالای مورد نیاز بار توسط ابرخازن تامین میشود. ابرخازنها خانواده جدیدی از خازنها میباشند که اصول عملکرد آنها بر اساس دو لایه های الکتریکی بوده و دارای ظرفیت الکتریکی بسیار بالایی میباشند. علیرغم اینکه ولتاژ نامی سلول یک ابرخازن کم است، چگالی انرژی ابرخازنها خیلی بیشتر از خازنهای معمولی میباشد. بدلیل تغییرات ولتاژ ترمینال ابرخازن در طول پروسه شارژ و یا دشارژ، برای اتصال ابرخازن به بار یا باس dc نیاز به یک مبد واسط جهت تطبیق ولتاژ می باشد. مبدل واسط علاوه بر تطبیق ولتاژ باید قادر به کنترل جریان و توان تبادلی ابرخازن نیز باشد. سادهترین مدبل برای شارژ ابرخازن مبدل باک و برای دشارژ آن مبدل بوست میباشد. با ترکیب این دو مبدل و استفاده از یک سلف مشترک، سادهترین مبدل واسط که قابلیت تبادل توان در دو جهت را دارد، شکل میگیرد. محدود بودن مقدار انرِژی ذخیره شده ایجاب میکند که راندمان سیستم تا حدامکان بالا باشد. یکی از عوامل مهم تلفات در سیستم ذخیره انرژی هیبرید ذکر شده، تلفات سوییچینگ مبدل واسط است.

مبدل های ac-ac امروزه کاربرد بسیار وسیعی در صنایع گوناگون پیدا کرده است. از نمونه مبدل های ac-ac ، مبدل های با مدار واسط می باشند که بدلیل استفاده از فیلتر در مدار واسط دارای حجم و ابعاد بزرگی هستند. با پیشرفت علم الکترونیک قدرت و استفاده از نیمه هادی ها در تولید کلیدهای قدرت کنترل شده، ساختارهای جدیدی برای مبدل های ac-ac ارایه شدند. از نمونه این ساختارها مبدل ماتریسی می باشد که با بکارگیری کلیدهای دوطرفه قابلیت های چشمگیری را بخود اختصاص داده است. با این وجود مشکل کموتاسیون جریان کلیدهای دوطرفه در لحظه کلیدزنی، از معایب این ساختارها بشمار می رود. برای دست یابی به مبدلی که از طرفی نیاز به کلیدهای دوطرفه نداشته باشد و از طرف دیگر فاقد فیلتر مدار واسط باشد تحقیقاتی صورت گرفته است. در این بررسی ها روش های کنترلی بکار گرفته شده پیچیده بوده و علاوه بر آن فیلتر مدار واسط مبدل ها بطور کامل حذف نشده است. در این پایان نامه یک ساختار پیشنهادی با الهام گیری از ساختار و الگوریتم کلیدزنی مبدل ماتریسی ارایه می گردد. مزیت اصلی ساختار پیشنهادی نسبت به مبدل ماتریسی، عدم استفاده از کلیدهای دوطرفه و نداشتن مشکل کموتاسیون کلیدزنی مبدل ماتریسی می باشد. همچنین بکارگیری دو مبدل با ساختار رایج در ساختار پیشنهادی، امکان استفاده از مدول های تجاری جهت پیاده سازی آن را میسر ساخته است. مبدل پیشنهادی فاقد فیلتر مدار واسط بوده و با ایده گرفتن از الگوریتم کلیدزنی مبدل ماتریسی بسیاری از قابلیت های یک مبدل ماتریسی را بهمراه دارد. بعنوان مثال اصلاح ضریب توان در ورودی ساختار و تولید سیگنال های سینوسی با طیف مطلوب در ورودی و خروجی در محدوده وسیعی از ضریب توان عملکرد بار، همانند مبدل ماتریسی ایجاد می گردد. چگونگی پردازش سیگنال های سینوسی با استفاده از مدولاسیون بردار فضایی در این ساختار شرح داده شده است. پس از انجام شبیه سازی برای ساختار پیشنهادی و نمایش عملکرد مطلوب آن، در ادامه برای پیاده سازی عملی با بکارگیری یک پردازنده قدرتمند برای انجام محاسبات پیچیده الگوریتم کلیدزنی، صحت عملکرد عملی مبدل پیشنهادی در مقایسه با نتایج شبیه سازی نشان داده شده است.

dvr یا بازیابنده ی دینامیکی ولتاژ، یکی از ادوات custom power است که برای مقابله با کمبودها و یا بیشبودهای کوتاه مدت ولتاژ در محل بارهای حساس به کار می رود. در صورت استفاده از dvr برای جبران کمبودهای ولتاژ نسبتاً شدید و با مدت زمان تداوم زیاد، استفاده از منابع ذخیره کننده ی انرژی برای تأمین توان اکتیو مورد نیاز برای عملکرد dvr غیر قابل اجتناب بوده و منجر به افزایش هزینه ی آن می شود. در مواردی که بارها یا مناطق حساس صنعتی از طریق فیدرهای مستقل تغذیه می گردند ممکن است تصمیم به نصب dvr بر روی هر یک از فیدرها گرفته شود. در چنین مواردی می توان از ساختاری به نام idvr یا بازیابنده دینامیکی ولتاژ بین خطی استفاده کرد که در آن، dvr های واقع در فیدرهای مجزا از طریق لینک dc به هم متصل می شوند. با استفاده از این ساختار، توان اکتیو مورد نیاز برای جبران کمبود ولتاژ در فیدر معیوب از طریق فیدر سالم تأمین می شود و لذا بدون نیاز به منابع ذخیره کننده ی انرژی و صرفه جویی در هزینه آنها، می توان قابلیت جبران توسط dvr را به دامنه ی وسیعتری از کمبود های ولتاژ تعمیم داد. در این تحقیق با استفاده از روابط حاکم بر حالت ماندگار dvr، حالت ماندگار idvr به طور کامل برای حالتهای مختلف بار فیدرها و نیز انواع کمبودهای ولتاژ متعادل و نا متعادل بررسی شده و مقایسه ای بین قابلیتهای ساختار idvr و ساختار متشکل از dvr های مجزا صورت می گیرد. علاوه بر این، امکان استفاده از راهبردهای متعارف موجود در dvr برای طراحی و عملکرد idvr بررسی شده و معایب هر یک بیان می گردد. سپس با در نظر گرفتن قیود حاکم بر ساختار idvr، یک راهبرد مناسب برای طراحی ساختار idvr ارایه می شود به گونه ای که مجموع مقادیر نامی dvr ها، مینیمم گردد.

در این پایان نامه، پدیده رزونانس در شبکه های قدرت که شامل تعداد زیادی اینورترهای فتوولتایی متصل به شبکه می باشند مورد بررسی قرار گرفته است. در سال های اخیر کاربرد منابع پراکنده مبتنی بر انرژی های تجدیدپذیر جهت دستیابی به منابع انرژی پاک و پایدار افزایش یافته است. در این زمینه، سیستم های فتوولتایی در حال تبدیل به یک تکنولوژی معمول جهت تولید انرژی می باشند. با توجه به ماهیت تولید dc این منابع و مصرف غالب انرژی الکتریکی بصورت ac، اینورتر یکی از اجزای اصلی سیستم های فتوولتایی می باشد. در این رابطه، استفاده از فیلترهای پسیو جهت کاهش ریپل جریان تزریقی به شبکه همیشه مرسوم بوده است. طراحی و ساختار این فیلترها که معمولاً فقط یک سلف یا با ساختار lcl می باشند، تابعی از پارامترهای مختلف نظیر فرکانس کلیدزنی اینورتر و دامنه مجاز هارمونیک های تزریقی به شبکه است. زمانی که ضریب نفوذ سیستم های فتوولتایی در شبکه افزایش می یابد، اثر جمعی این فیلترها می تواند بر روی فرکانس رزونانس شبکه تأثیرگذار بوده و آن را به سمت فرکانس های پایین تر انتقال دهد. در این پایان نامه به طور خاص، تاثیر مبدل های فتوولتایی به همراه فیلتر خروجی آن ها برروی پدیده ی رزونانس مورد بررسی قرار می گیرد. نشان داده شده است که علاوه بر پارامترهای سیستم قدرت و فیلتر خروجی اینورتر و تعداد اینورترها، سیستم کنترلی اینورتر نیز از گزینه های موثر در وقوع پدیده رزونانس می باشد. کنترل کننده های متفاوتی جهت کنترل جریان اینورترهای تکفاز متصل به شبکه معرفی شده اند. در این میان کنترل کننده تناسبی-رزونانسی با جبران هارمونیکی و کنترل کننده باند مرده به دلیل کاربرد زیاد و کارایی مطلوب در محیط های هارمونیکی مورد توجه قرار می گیرند. در این پایان نامه با مدل سازی مناسب شبکه و بهره گیری از مدل نورتون برای اینورتر با لحاظ نمودن سیستم کنترلی، میزان تأثیر کنترل کننده های معرفی شده در رویارویی با پدیده رزونانس مورد ارزیابی قرار می گیرد. ثابت می شود اگر کنترل کننده به صورت مناسب طراحی نشود و یا در طراحی آن پیش بینی هایی جهت امکان افزایش تعداد اینورترها در شبکه صورت نگیرد، احتمال وقوع مشکلاتی چون اعوجاج بالا در جریان تزریقی اینورتر یا ناپایداری سیستم افزایش می یابد. ابتدا مطالعات در حوزه ی فرکانس انجام شده و از طریق شبیه سازی در حوزه ی زمان تکمیل می گردد. در ادامه با بهره گیری از مکان هندسی ریشه های سیستم چنداینورتری با تغییر تعداد اینورترها، الگوی رفتار اینورتر در رویارویی با پدیده رزونانس با کنترل کننده های مذکور پیش بینی و تعیین می گردد. در پایان با کاربرد فیدبک های اضافه در سیستم کنترلی و معرفی کنترل کننده های بهبودیافته، اثرات نامطلوب رزونانس در شبکه حذف خواهد شد.

در دهه ی اخیر موتور های سوئیچ رلکتانس توجه زیادی را از سمت صنعت به خود جلب کرده اند. این ماشین ها نسبت به ماشین های دیگر با توان خروجی یکسان، بسیار ارزان، قابل اطمینان و دارای چگالی توان بالا می باشند. عدم حضور مغناطیس دائم و سیم پیچی روی روتور امکان دستیابی به سرعت های بالا را فراهم می کند و موتور سوئیچ رلکتانس را به سمت ایجاد راه حلی برای کار در شرایط سخت مانند سرعت و دمای بالا و لرزش های شدید مکانیکی سوق می دهد. بعلاوه این موتور قابلیت اطمینان بالایی را به توجه به توانایی ادامه کار حتی با از دست دادن یک یا چند فاز دارد که آن را برای کار در کاربردهای حساس مناسب می کند. اساسی ترین اشکال یک موتور سوئیچ رلکتانس، ریپل گشتاور بسیار بالا در مقایسه با ماشین های مرسوم می باشد که منجر به تولید نویز صوتی و لرزش موتور می شود. ریپل گشتاور در یک موتور سوئیچ رلکتانس ناشی از غیرخطی بودن مشخصه های مغناطیسی و سازوکار تولید گشتاور بصورت غیر پیوسته می باشد. گشتاور الکترومغناطیسی ایجاد شده در یک موتور سوئیچ رلکتانس، برابر با مجموع گشتاور تولید شده توسط هر فاز می باشد که به صورت مستقل کنترل می شود. در نتیجه کنترل نامناسب گشتاور هر فاز باعث ایجاد ریپل گشتاور در ناحیه ی کموتاسیون می شود. در یک موتور سوئیچ رلکتانس با مشخصات مغناطیسی در دسترس و با استفاده از مبدل الکترونیک قدرت رایج نامتقارن، می توان با روشهای مختلف کنترلی از جمله روش های کنترل غیرخطی، کنترل بهینه وکنترل مستقیم گشتاور، ریپل گشتاور را کاهش داد. در این پایان نامه ابتدا اصول روش کنترل مستقیم گشتاور بررسی می شود و روش معمول dtc پیشنهاد شده برای srm بر مبنای مقایسه ی بین موتور سوئیچ رلکتانس و موتور ac سه فاز مورد بررسی قرار می گیرد سپس پیشنهادی برای بهبود کارایی و کاهش تلفات مسی srm تحت کنترل مستقیم گشتاور ارائه می گردد. سپس نتایج شبیه سازی و عملی برای روش معمول و روش پیشنهادی بدست آمده و با یکدیگر مقایسه می شود. نتایج شبیه سازی با استفاده از نرم افزار سیمولینک متلب بدست آمده و تحلیل می شود. همچنین نتایج عملی با استفاده از سامانه ی آزمایشگاهی درایو سوئیچ رلکتانس بدست آمده و برای تایید نتایج شبیه سازی مورد استفاده قرار می گیرد.

با توجه به اصل پیوستگی شار پیوندی، هنگامی که یک سیستم توربین بادی مبتنی بر dfig در معرض اختلالی مانند تغییر سرعت باد قرار می گیرد، شار استاتور نمی تواند به طور ناگهانی تغییر کند. این حقیقت باعث پیدایش یک مولفه dc در شار استاتور می شود. در این شرایط ولتاژهای ضد محرکه الکتریکی روتور که دینامیک های استاتور را بر روی دینامیک های جریانی روتور منعکس می کند، نقش مهمی در نوسانات جریان روتور خواهد داشت. برای میراکردن این نوسانات و بهبود عملکرد دینامیکی سیستم، تکیه صرف بر تحلیل سیگنال کوچک، ممکن است کافی نباشد. روش جدیدی مبتنی بر ترکیب تحلیل سیگنال کوچک و تکنیک تبدیل سری فوریه گسسته (dft) جهت تعیین مشخصه میرایی جریان روتور حین وقوع اختلالات بزرگ تر پیشنهاد می شود. در این روش طیف فرکانسی یک سیگنال که از تحلیل فوریه به دست می آید، اطلاعات مربوط به میرایی هر مولفه فرکانسی را به دست می دهد. بنابراین در این رساله، برای بهبود رفتار دینامیکی سیستم dfig، با استفاده از بهینه سازی چند هدفه بر اساس الگوریتم ترکیبی بالا تنظیم بهینه پارامترهای کنترل کننده های pi سیستم به دست می آید. مسأله بهینه با استفاده از الگوریتم nsga-ii که ویرایشی از الگوریتم ژنتیک است و برای حل مسائل بهینه سازی با معیارهای چندگانه طراحی شده است، حل می شود. هدف اصلی سیستم کنترل افزایش میرایی سیستم به همراه تضمین وجود حاشیه پایدار مطمئن است. تحلیل مقادیر ویژه و شبیه سازی های زمانی نشان می دهد که روش بهینه سازی پیشنهادی منجر به پاسخ های دینامیکی بهتر سیستم در مقایسه با روش هایی که تنها متکی به تحلیل سیگنال کوچک هستند، می شود. در ادامه، روش تحلیل حساسیت مسیر حالت جهت استخراج پارامترهای کنترلی که دارای تأثیر بیشتری در رفتار دینامیکی سیستم هستند، به کار گرفته شده و مشخص شده است که در بین پارامترهای کنترلی سیستم چهار پارامتر بیشترین تأثیر را روی عملکرد دینامیکی سیستم داراست. بنابراین الگوریتم تنظیم بهینه پارامتر پیشنهادی با انتخاب تنها این چهار پارامتر کنترلی به عنوان مجهولات مسأله بهینه سازی اصلاح می شود. معرفی تئوری انشعابات و کاربرد آن بر روی سیستم dfig از دیگر تحقیقات این رساله است که توسط آن تأثیر تغییر پارامترهای سیستم اعم از پارامترهای کنترلی و غیر کنترلی در رخداد انواع انشعابات در سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین به کمک این تئوری روشی جهت استخراج محدوده پایدار پارامترهای کنترلی سیستم به صورت یک، دو، سه و چهار پارامتری ارائه می شود. این اطلاعات می تواند در زمان جستجوی پارامترهای کنترلی در الگوریتم تنظیم بهینه پارامترها مفید واقع شود. بسته پیشنهادی شامل روش و تعیین محدوده پایدار پارامترهای کنترل کننده ها مبتنی بر تئوری انشعابات، تعیین پارامترهای موثرتر مبتنی بر تحلیل حساسیت مسیر حالت و تعیین مقادیر بهینه پارامترهای کنترلی مبتنی بر بهینه سازی چند هدفه با استفاده از تحلیل سیگنال کوچک و تحلیل dft شکل موج زمانی جریان روتور، برای اولین بار در بهبود عملکرد دینامیکی سیستم dfig استفاده شده است.

این رساله به موضوع بهبود تسهیم توان راکتیو و پایداری دینامیکی در ریزشبکه های جزیره ای می پردازد. افزایش قابلیت اطمینان در تامین انرژی، تلفات کمتر، رقابتی کردن تولید و امکان استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر استفاده از منابع انرژی گسترده را در شبکه های توزیع امروزی گسترش داده است. مجموعه ای از این منابع و بخشی از بارهای نزدیکشان، شبکه کوچکی به نام «ریزشبکه» تشکیل می دهند که ویژگی اصلی آن امکان جدا شدن از سیستم قدرت و عملکرد بصورت جزیره ای و خودگردان می باشد. مطلوب ترین و مطمئن ترین روش کنترل منابع در حالت جزیره ای، روش کنترل محلی است. در این روش، تسهیم توان حقیقی و راکتیو بین منابع معمولا با استفاده از مشخصه های افتی توان حقیقی-فرکانس (p-?) و توان راکتیو-دامنه ولتاژ (q-v) انجام می شود. با توجه به سراسری بودن فرکانس، تسهیم توان حقیقی با این روش بصورت ایده آل حاصل می گردد. در مقابل به علت عدم تقارن شبکه و تفاوت امپدانس خروجی منابع، دامنه ولتاژ منابع مختلف با هم برابر نبوده و عملا تسهیم توان راکتیو بین منابع به درستی انجام نخواهد شد. حل این مشکل مورد توجه بسیاری از محققین قرار دارد ولیکن راه حل های ارائه شده عمدتا محدود به ریزشبکه های با ساختار خاص بوده و یا نیازمند دانستن اطلاعات وسیع از شبکه می باشد. در این رساله سه روش جدید جهت بهبود تسهیم توان راکتیو در ریزشبکه های جزیره ای با منابع مبتنی بر مبدل استاتیکی و دارای کنترل محلی ارائه می گردد. روش های ارائه شده قابل استفاده در ریزشبکه با هر ساختار دلخواه بوده و قید خاصی برای شبکه مفروض نخواهد بود. کنترل کننده توان در ریزشبکه ها ارتباط تنگاتنگی با پایداری سیستم دارد. به همین دلیل در طراحی روش های پیشنهادی تلاش می شود پایداری ریزشبکه حفظ شده و حتی پاسخ دینامیکی ریزشبکه در شرایط کار مختلف بهبود داده شود تا عدم وابستگی روش های پیشنهادی به ساختار و نقطه کار شبکه بهبود بیشتری یابد. به منظور مطالعه و بررسی صحت عملکرد روش های پیشنهادی دو سیستم نمونه معرفی و مورد استفاده قرار می گیرد. برای سیستم اول علاوه بر شبیه سازی حوزه زمان، مدل خطی شده فضای حالت سیستم نیز بدست می آید که امکان بررسی دقیق تر برخی از دستاوردهای رساله را ایجاد می کند. سیستم دوم که درواقع سیستم توزیع استاندارد 15 شینه ieee می باشد امکان بررسی روش های پیشنهادی در یک سیستم بزرگتر و واقعی تر را فراهم می آورد. در اولین روش پیشنهادی یک مبدل سری کوچک به خروجی منابع پراکنده اضافه می شود. نشان داده می شود که این مبدل می تواند میرایی نوسانات توان خروجی منابع را افزایش داده و ضمن ارتقاء کیفیت ولتاژ بار محلی منابع، تسهیم توان راکتیو را بهبود بخشد. در روش دوم نشان داده می شود که می توان در زما ن های مورد نیاز با استفاده از یک مشخصه ترکیبی از توان های حقیقی و راکتیو، مشخصه q-v منابع را با هدف حذف کامل خطای تسهیم اصلاح نمود. در آخرین روش پیشنهاد می شود در زمان تغییر بار راکتیو منابع، با تزریق یک سیگنال هارمونیکی توسط هر منبع و با بکارگیری مشخصه ای برمبنای فرکانس این سیگنال، مشخصه q-v اصلاح گردد. نشان داده می شود با استفاده از این روش خطای تسهیم همزمان با دینامیک تغییر بار جبران شده و در حالت دائمی توان راکتیو همواره دارای تسهیم ایده آل خواهد بود.

در این پایان نامه، پس از مطالعه ی اجمالی مشکلات هارمونیک ها و روش های مختلف رفع آن ها ، به بررسی فیلترهای هیبرید پرداخته می شود. فیلترگذاری، روش متداول کنترل و تضعیف هارمونیک ها می باشد. فیلترهای هیبرید نوع جدیدی از فیلترهای هارمونیکی هستند که از ترکیب فیلترهای پسیو و فیلترهای اکتیو ساخته شده اند. پس از معرفی انواع فیلترها و برخی روش های ترکیب آن ها، به جزئیات دو نوع متداول فیلترهای هیبرید می پردازیم و روش های کنترل ارائه شده برای هر کدام را معرفی می کنیم. سپس با روابط تئوریک و نیز به کمک مثالی از طریق شبیه سازی های زمانی مقایسه ای را بین این دو نوع مطرح می نماییم. علت رویکرد بیشتر به نوع موازی را نشان داده و بحث را با این نوع ادامه می دهیم. در مورد مسائل طراحی قسمت پسیو هم بررسی ای انجام می شود. از آن جا که هدف بیشتر فیلترهای موازی کنترل جریان است، کنترل جریان این نوع فیلتر مورد توجه قرار می گیرد. برای کنترل جریان، کنترل پیش بین با حالات محدود که کیفیت بسیار خوبی در کاربردهای مختلف الکترونیک قدرت و درایو از خود نشان داده است مورد توجه قرار می گیرد. سپس به معرفی روش کنترل پیش بین جریان با حالات محدود می پردازیم و نتایج عملی نمونه ی آزمایشگاهی ساخته شده با استفاده از پردازنده ی سیگنال دیجیتال (dsp) tms320f28016 نمایش داده می شود. همچنین روش هایی برای رفع برخی عیوب این روش کنترل ارائه و در عمل پیاده سازی می شود. از آن جا که فیلترها قسمت مهمی از فیلترهای اکتیو را تشکیل می دهند، دو نوع متداول آن ها برای حذف تک فرکانس از محتوای سیگنال زمانی معرفی می گردد. سپس روش های کنترل جدیدی برای یکی از فیلتر هیبرید پرکاربردتر ارائه می گردد. یکی از این کنترل کننده ها، به صورت مستقیم سعی در کنترل جریان فیلتر می کند. در این روش به طور ساده با حذف مولفه ی اصلی از حلقه ی کنترل جریان، کنترل هارمونیک های جریان مستقل از مولفه ی اصلی صورت می گیرد به گونه ای که با توان کوچک قسمت اکتیو کنترل جریان های هارمونیکی به خوبی صورت گیرد. با اضافه کردن مولفه ی اصلی جریان فیلتر به حلقه ی کنترل جریان، روش کنترل جریان ارائه شده گسترش داده شده تا کیفیت بهتری با استفاده از کنترل کننده ی جریان پیش بین با حالات محدود به دست آید. با این کار امکان مقایسه با روش کنترل جریان موجود فراهم شده و سادگی روش ارائه شده نسبت به آن مشخص می گردد. استفاده از کنترل کننده ی دیجیتال ارائه شده، یکپارچه کردن کنترل کننده را مورد توجه قرار می دهد. برای این کار از تخمین جریان فیلتر و تئوری p-q لحظه ای استفاده می شود. با این کار مستقیما با توجه به مقادیر لحظه ای ولتاژ ها و جریان ها تصمیم کنترلی اتخاذ می شود. به علت یکپارچه شدن کنترل کننده در بسیاری از موارد کنترل بهتری نسبت به همه ی روش های دیگر به دست آمده است. پیش از نتیجه گیری و پیشنهادات، نتایج عملی پیاده سازی روش کنترل جریان پیش بین با حالات محدود و روش کنترل یکپارچه ی پیش بین با حالات محدود با استفاده از پردازنده ی سیگنال دیجیتال tms320f2812 ارائه شده و نزدیک بودن نتایج عملی با نتایج شبیه سازی نشان داده می شود. در بخش های عملی، توضیحات لازم برای چگونگی پیاده سازی دیجیتال روش های ارائه شده داده می شود.

افزایش روزافزون میزان منابع پراکنده در سیستمهای توزیع، باعث شده است شرکت های برق با مسائل مختلفی روبرو شوند. اینگونه منابع علاوه بر اینکه مزایایی به دنبال دارند، باعث مشکلاتی نیز می شوند. از جمله این مشکلات می توان به تغییر سطح جریان اتصال کوتاه در سیستم توزیع اشاره کرد که می تواند باعث به هم خوردن هماهنگی سیستم های حفاظتی و عملکرد نامناسب وسایل حفاظتی می شود. بنابراین با بررسی مجدد سیستم های حفاظتی موجود، ممکن است با تغییر تنظیم و یا جایگزینی برخی از وسایل حفاظتی، بتوان مجددا هماهنگی را برقرار نمود. گاهی نیز با توجه به ضریب نفوذ منابع و تعداد آنها ممکن است لازم باشد از طرحهای حفاظت جدید استفاده نمود. به این منظور برخی از طرح های جدید حفاظت سیستم توزیع در حضور منابع پراکنده بررسی شده است. هدف این پروژه بررسی تاثیر حضور منابع پراکنده در سیستم های توزیع بر روی طرح های حفاظتی مرسومی است که در این شبکه ها بکار می روند. به این منظور و با توجه به اینکه میزان تاثیرگذاری منابع پراکنده روی عملکرد حفاظت های سیستم توزیع به نوع، تعداد، ظرفیت و مکان آنها بستگی دارد، ضمن در نظر گرفتن مدلهای مناسب برای انواع منابع پراکنده، تاثیر آنها بر روی جریان های اتصال کوتاه بررسی شده و عملکرد سیستم های حفاظت مرسوم از جمله حفاظت فیوز-ریکلوزر در این شرایط مورد مطالعه قرار می گیرد. در ادامه و برای رفع محدودیتهایی که حضور منابع پراکنده بر روی سیستم حفاظت ایجاد می کنند، برخی از طرحهای جایگزین ارائه شده همچون حفاظت وفقی و حفاظت مبتنی بر شبکه های عصبی، مورد بررسی قرار گرفته و عملکرد آنها روی یک سیستم توزیع تست نشان داده می شود.

امروزه استفاده از منابع انرژی پراکنده کاربرد وسیعی یافته است. اگرچه این منابع بسیاری از مشکلات شبکه را حل می کنند اما زیاد شدن تعداد آن ها مسائل فراوانی برای سیستم قدرت به همراه دارد. استفاده از مایکروگرید راه حلی است که علاوه بر استفاده از مزایای منابع انرژی پراکنده برخی از مشکلات ایجاد شده توسط آن ها را نیز منتفی می کند. همچنین مایکروگریدها کیفیت برق و قابلیت اطمینان تأمین انرژی مشترکان را افزایش می دهند. در این پایان نامه مفهوم مایکروگرید بررسی و اصول اساسی آن توضیح داده می شود. برخی از مایکروگریدهای پیاده سازی شده در سرتاسر دنیا و مشخصات آن ها معرفی می گردد. اصول عملکرد مایکروگریدها در حالت متصل به شبکه بررسی شده و یک مایکروگرید تست با این اصول شبیه سازی و کارایی کنترل کننده های منابع مایکروگرید مشخص می شود. یکی از حالت های کار مایکروگرید که نقش اساسی در افزایش قابلیت اطمینان مشترکان دارد حالت کاری جزیره ای است. با توجه به اینکه بسیاری از منابع انرژی پراکنده ی مورد استفاده در مایکروگرید، مبتنی بر مبدل استاتیکی هستند ویژگی های مایکروگرید جزیره ای با منابع مبتنی بر مبدل بررسی می شود. کنترل محلی و پراکنده به منظور کنترل ولتاژ و فرکانس مایکروگرید و تقسیم بار بین منابع آن در نظر گرفته می شود. کنترل محلی یاد شده با روش های افتی مرسوم و معکوس پیاده می شود. شبیه سازی های حوزه ی زمان این روش های کنترلی بر مایکروگرید تست انجام می شود. به منظور بررسی پایداری مایکروگرید در حالت جزیره ای، مدل سیگنال کوچک مایکروگرید استخراج می گردد. با استفاده از این مدل و شبیه سازی های زمانی تأثیر پارامترهای مختلف بر رفتار مایکروگرید مشاهده می شود. شیب مشخصه های افتی، نسبت x/r خطوط، طول آن ها و تقارن مداری مایکروگرید از عواملی هستند که بررسی شده و نشان داده می شود که تغییر آن ها اثر زیادی بر پایداری مایکروگرید جزیره ای و همچنین تقسیم مناسب بار بین منابع آن دارد.

افزایش بارهای مهم و نیازمند به قابلیت اعتماد و کیفیت توان بالا و عدم توانایی سیستم¬های قدرت مرسوم به هم پیوسته در تأمین این خواسته به یک چالش تبدیل شده است. در مجموعه بارهای حساس و بارهای صنعتی- نظامی تأمین توان ac پیوسته و بدون وقفه از اهمیت حداکثری برخوردار است. تأمین توان برای بارهای حساس در وضعیت های مختلف شبکه، به یک موضوع مهم تبدیل شده است. زیرا این¬گونه بارها به تغییرات ولتاژ بسیار حساس اند، چون می تواند عملکرد این بارها را تحت تأثیر قرار دهد و موجب عملکرد ضعیف سیستم و یا حتی از کار افتادن آن شوند. یک قطع توان ناخواسته می تواند سبب صدمات، تلفات، قطع تجارت های مهم و از دست رفتن اطلاعات گردد. پس ریزشبکه¬های شامل بارهای حساس نیازمند سیستم کنترلی می¬باشند که بتواند ولتاژ مناسبی را در سر این بارها قرار دهد. بهمین جهت در شرایط خطا در شبکه، ریزشبکه باید در کمترین زمان ممکن از شبکه سراسری جدا شده و در حالت جزیره¬ای عمل کند. در این تغییر حالت عملکردی بحث گذار میان دو حالت از اهمیت بالایی برخوردار است. گذار بین دو حالت عملکردی باید نرم باشد تا تغییرات ناگهانی ولتاژ بارهای اضطراری (متصل به شبکه به جزیره ای) و تغییرات جریان ناگهانی که برای شبکه به وجود می آید(جزیره ای به متصل به شبکه) را کمینه کند. در این پایان¬نامه، درسیستم مورد مطالعه از یک اینورتر سه فاز منبع ولتاژ استفاده شده که خروجی ¬آن یک فیلتر lcl می¬باشد. بار حساس نیز بصورت یک بار rlc موازی مدل شده است. با توجه به فرض وجود منبع ذخیره با طراحی مناسب به صورت موازی با خازن لینک dc در dg، دینامیکی در لینک dc پشت اینورتر وجود ندارد و مجموعه¬ی محرک اولیه و خازن لینک dc و منبع ذخیره¬ی انرژی با یک منبع مستقیم مدل شده است. شبکه توزیع نیز بصورت یک منبع ولتاژ ac به همراه اندوکتاس شبکه مدل گردیده است. با توجه به این موضوع که بار حساس استفاده شده در سیستم نباید تحت تاثیر خطا در شبکه اصلی در زمانی بیش¬تر از دو سیکل قرار گیرد، ساختار کنترل کننده ی پیشنهادی شامل یک کنترل کننده ی جریان و یک کنترل کننده ی ولتاژ به صورت پیش¬خورد به حلقه کنترل جریان می¬باشد که موجب شده زمان حالت گذار مرسومی که بین 10 تا 60 سیکل می¬باشد را به حداکثر دو سیکل کاری کاهش دهد. همچنین در حالت متصل به شبکه موجب پایداری ساختار کنترلی و در حالت جزیره¬ای پاسخ زمانی مناسبی را به همراه دارد. در نتیجه استفاده از این ساختار کنترل اضافه ولتاژ شبکه کاهش یافته و به محدودیت کنترل اینورتر در وضعیت¬های گذار غلبه می¬کند.

این پایان نامه در ارتباط با کنترل توان اکتیو منابع تولید پراکنده در ریزشبکه ها با استفاده از مشخصه ی افتی تطبیقی بحث می کند. ریزشبکه شامل مجموعه ای از منابع تولید پراکنده و بارها می باشد که به صورت یک واحد مستقل و قابل کنترل فعالیت می کند. توان تولید شده توسط برخی منابع تولید پراکنده تابع شرایط الکتریکی بوده و توسط اپراتور سیستم قابل تعیین می باشد. حال آنکه توان تولید شده در برخی دیگر از منابع تولید پراکنده نظیر سلول های خورشیدی و توربین های بادی، به عوامل غیر الکتریکی نظیر شرایط آب و هوایی وابسته است. توان تولید شده توسط این قبیل منابع، متغیر بوده و توسط اپراتور سیستم قابل کنترل نمی باشد. در این پایان نامه مفهوم منابع تولید پراکنده ی فرمان پذیر و فرمان ناپذیر، شرح داده می شود و ویژگی های مربوط به هر یک از این منابع به اختصار بیان می گردد. روش های رایج کنترل توان ریزشبکه در دو حالت متصل به شبکه و جزیره ای بررسی شده و شبیه سازی های حوزه ی زمان این روش های کنترلی بر ریزشبکه ی مورد مطالعه انجام می شود. با توجه به دسته بندی منابع به دو گروه فرمان پذیر و فرمان ناپذیر، در این پایان نامه حالت های کاری گوناگون یک ریزشبکه با منابع مختلف مشخص می شود و کارایی روش های رایج کنترل ریزشبکه به منظور کنترل توان در هر یک از حالت های عملکرد ریزشبکه، مورد بررسی قرار می گیرد. به منظور کنترل توان ریزشبکه ای که شامل یک یا چند منبع فرمان ناپذیر است، مشخصه ی افتی تطبیقی معرفی و روابط ریاضی مربوط به کنترل توان منابع با استفاده از مشخصه ی افتی تطبیقی ارائه می گردند. روش پیاده سازی مشخصه ی افتی تطبیقی در ریزشبکه شرح داده می شود و ریزشبکه ی مورد مطالعه با مشخصه ی افتی تطبیقی شبیه سازی شده و کارای این روش در کنترل توان هر یک از حالت های گوناگون عملکرد ریزشبکه با منابع مختلف، نشان داده می شود.

این پایان نامه به بررسی یک ساختار برای کاهش مقدار توان ظاهری مبدل در فیلترهای قدرت هیبرید می پردازد. پیشرفت فناوری در تولید و استفاده از ادوات نیمه هادی باعث گسترش بارهای غیرخطی شده، که اغلب این بارها جریان غیرسینوسی از شبکه دریافت می کنند. جاری شدن جریان های غیرسینوسی در شبکه های قدرت باعث ایجاد هارمونیک ها می شودکه انتشار این هارمونیک ها در سیستم باعث بروز مشکلات زیادی از قبیل گرم شدن ترانسفورمر ها و ماشین های الکتریکی، سوختن فیوز خازن های اصلاح ضریب توان و امکان تقویت سطح هارمونیک ها به علت پدیده ی رزونانس سری و موازی در شبکه می گردد. یکی از روش های کنترل هارمونیک ها استفاده از فیلترهای قدرت است. فیلترهای قدرت به سه دسته کلی پسیو، اکتیو و هیبرید تقسیم می شوند. فیلترهای هیبرید از ترکیب فیلترهای پسیو و اکتیو ساخته شده و به گونه ای طراحی می شوندکه در حد امکان مزایای ساختارهای پسیو و اکتیو را داشته و معایب آن ها را به حداقل برسانند. یکی از مزایای فیلترهای هیبرید نسبت به فیلترهای اکتیو کوچک تر بودن توان نامی اینورتر در ساختارهای هیبرید است. با این وجود کاهش هرچه بیشتر توان نامی اینورتر در فیلترهای هیبرید و در نتیجه امکان جبران بارهایی با توان بالاتر یکی از موضوعات پژوهشی مطرح می باشد. در ابتدا چند نوع از ساختارهای موجود از فیلترهای هیبرید با استفاده از روابط تحلیلی و شبیه سازی بررسی شده و میزان توان نامی اینورتر در این ساختارها به طور خاص مورد توجه قرار می گیرد. همچنین تاثیر متقابل بخش پسیو و اکتیو در این مدل از فیلترها به روی یکدیگر نشان داده می شود. در ادامه یک آرایش پیشنهادی برای حذف مولفه اصلی جریان از اینورتر با استفاده از ترانس سه سیم پیچه بررسی و به بهینه سازی آن پرداخته می شود. در این راه علاوه برکاهش سایز قسمت اکتیو فیلتر هیبرید، تعداد عناصر پسیوکاهش یافته و اندازه عناصر پسیو به کار رفته با در نظرگرفتن ضریب کیفیت فیلتر پسیو و میزان توان راکتیو تولیدی توسط فیلتر به طور دقیق انتخاب می گردد. در سیستم کنترل در نظر گرفته شده برای فیلتر هیبرید پیشنهادی، برای تولید جریان مرجع مناسب، ضرایبی برای هارمونیک های مختلف در نظر گرفته شده است که با استفاده از الگوریتم بهینه سازی pso مقدار دقیق آن ها به دست می آید. با توجه به روند بهینه سازی و برای دست یابی به کاهش توان نامی مبدل اکتیو، کنترل جریان این نوع فیلتر مورد توجه قرار می گیرد. برای کنترل جریان، کنترل پیش بین با حالات محدود که کیفیت بسیار خوبی در کاربردهای مختلف الکترونیک قدرت و درایو از خود نشان داده است، انتخاب می شود. پس از معرفی روش کنترل پیش بین با حالات محدود، نتایج حاصل از پیاده سازی عملی آن به روی یک اینورتر سه فاز، با کنترل کننده های متداول مقایسه می گردد. این روش کنترل برای فیلتر پیشنهادی پیاده سازی گشته و تکنیک هایی برای کاهش تعداد کلیدزنی و نیز جبران تاخیر موجود به دلیل حجم محاسبات ارائه شده است. پس از ارزیابی دقیق ساختار پیشنهادی با استفاده از شبیه سازی، نتایج عملی پیاده سازی روش کنترل پیش بین با حالات محدود روی ساختار ارائه شده با استفاده از یک پردازنده dsp مدل tms320f28335 به دست آورده شده و نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج عملی مقایسه و تطابق مطلوب میان آنها نشان داده می شود.

این پایان نامه، تحقیق در زمینه ی کاهش عدم تعادل ولتاژ در ریزشبکه های جزیره ای شامل منابع تولید پراکنده مبتنی بر مبدل های الکترونیک قدرت را ارائه می دهد. امروزه شاهد گرایش به سمت منابع تولید پراکنده و ریزشبکه ها در سیستم های انرژی الکتریکی و بخصوص شبکه های توزیع می باشیم. ریزشبکه ها مفهوم تازه ای برای آینده ی سیستم های انرژی می باشند. یک ریزشبکه شامل چندین واحد تولید پراکنده و بارهای الکتریکی هستندکه قادر به کار در دوحالت متصل به شبکه و جدا از شبکه می باشد. در عملکرد جزیره ای حفظ شاخص های کیفیت توان ریزشبکه بر عهده ی منابع داخل آن است. با توجه به حضور بارهای تک فاز و توزیع نامتعادل آن ها، مسئله ی عدم تعادل ولتاژ بعنوان یکی از مسائل کیفیت توان مطرح می گردد.این پدیده دارای اثرات نامطلوب و شدید بر ماشین های الکتریکی و مبدل های الکترونیک قدرت می باشد. بنابراین لازم است مسئله کاهش عدم تعادل ولتاژ در طراحی کنترل کننده های منابع تولید پراکنده مدنظر قرار گیرد. در این تحقیق ابتدا برای ارزیابی صحیح و داشتن مقیاس استاندارد برای بیان کمی و کیفی عدم تعادل ، به تعاریف و استانداردهای ارائه شده از عدم تعادل و روش های اندازه گیری آن پرداخته می شود. با توجه به بررسی ریزشبکه مبتنی بر مبدل در حالت جزیره ای، توضیحی بر کنترل غیرمتمرکز متداول منابع آن در چارچوب سنکرون شامل تقسیم بار با فرض غیرمتمرکز بودن کنترل کننده و کنترل ولتاژ و فرکانس ارائه خواهد شد. پس از بررسی عملکرد ریزشبکه جزیره ای در حضور بار نامتعادل محلی و غیرمحلی، عملکرد ساختار کنترلی پیاده شده در چارچوب سنکرون از جهت امکان کنترل توالی های منفی بررسی خواهد شد و با توجه به عدم توانایی ساختار متداول در کنترل مولفه های منفی، ساختار کنترلی در چارچوب سنکرون دوگانه توالی مثبت و منفی بهمراه معادلات آن ارائه خواهد شد. سپس به ارائه روش کنترلی غیرمتمرکز جهت جبران عدم تعادل ولتاژ پرداخته می شود. تحت شرایط نامتعادلی باس بار غیرمحلی، فاکتور نامتعادلی آن از حد مجاز استاندارد خارج می شود. در این حالت به طور اتوماتیک جبران سازی ولتاژهای توالی منفی باس بارغیرمحلی با سیگنال های اندازه گیری شده ی محلی بدون دسترسی به اطلاعات بار بر اساس طرح پیشنهادی مشخصه ی افتی جریان توالی منفی- امپدانس توالی منفی بدون خارج شدن ولتاژ باس های محلی از حد مجاز فراهم می گردد. در انتها عملکرد صحیح ساختار با شبیه سازی در نرم افزار psim، برای حالت های مختلف ارائه می شود.

این پایان نامه به بررسی و بهبود عملکرد گذرای ریزشبکه های جزیره ای در حضور منابع پراکنده متنوع می پردازد. امروزه استفاده از منابع انرژی پراکنده در شبکه های توزیع با هدف افزایش قابلیت اطمینان در تأمین انرژی، تلفات کمتر، رقابتی کردن تولید و امکان استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر گسترش یافته است. مجموعه ای از این منابع و بخشی از بارهای نزدیکشان شبکه ی کوچکی به نام «ریزشبکه» را تشکیل می دهند که ویژگی اصلی آن امکان جدا شدن از سیستم قدرت و عملکرد به صورت جزیره ای و خودگردان است. تفاوت در ماهیت ساختاری این منابع انرژی پراکنده و به کارگیری سیستم های کنترلی متفاوت باعث شده است که این منابع از نظر سرعت عملکرد با یکدیگر یکسان نباشند. به عنوان مثال منابعی مانند دیزل ژنراتورهای سنکرون نسبت به منابع مبتنی بر اینورتر از سرعت عملکرد پایین تری برخوردار هستند. در ریزشبکه های جزیره ای این تفاوت در سرعت عملکرد منابع می تواند باعث بروز اضافه جریان های گذرا در منبع اینورتری شود که در صورت مهار نشدن علاوه بر وارد ساختن صدمه به کلیدهای نیمه هادی، کیفیت توان ریزشبکه را نیز کاهش می دهد. این پایان نامه به مطالعه ساختار این ریزشبکه های جزیره ای و عملکرد گذرای منابع در آن می پردازد. برای این منظور ساختار کنترلی یک دیزل ژنراتور سنکرون و یک منبع اینورتری مدل سازی و عملکرد آن ها ارزیابی می شود. همچنین برای بررسی اثرات مدار واسط dc بر دینامیک منابع اینورتری، مدل فضای حالت یک ریزشبکه جزیره ای در حضور منابع اینورتری و مدار واسط dc آن ها محاسبه می گردد. در ادامه عملکرد گذرای این منابع و راهکارهای موجود در زمینه کنترل اضافه جریان در منبع اینورتری مورد مطالعه قرار می گیرد. ساختار کنترلی یک محدودکننده جریان در منبع اینورتری مدل سازی شده و پس از مشخص کردن معایب آن، با ارائه ساختاری کنترلی عملکرد آن بهبود داده می شود. در نهایت ساختار کنترلی پیشنهاد می گردد که در آن بدون استفاده از محدودکننده مستقیم، جریان خروجی منبع اینورتری کنترل و از بروز اضافه جریان در آن جلوگیری می شود. روش ارائه شده از به اشباع رفتن مولفه های کنترلی جلوگیری می کند و نوسان ناخواسته ای را به ریزشبکه وارد نمی سازد. به منظور مطالعه و بررسی صحت رفتار روش پیشنهادی، یک ریزشبکه نمونه معرفی و نتایج شبیه سازی ارائه می گردد.

به منظور جلوگیری از ناپایداری ولتاژ بلند مدت و برای رسیدن به اهدافی همچون ایجاد نقطه تعادل دائمی قابل قبول برای سیستم و کاهش مجموع انحراف اندازه ولتاژ باس های ضعیف و جریان خطوط تغذیه کننده ناحیه ضعیف در دوره گذرای پس از اختلال در این پایان نامه یک روش کنترل اضطراری و تصحیحی هماهنگ مبتنی بر پیش بینی مسیرهای سیستم در پی وقوع اختلال های ممکن پیشنهاد می شود برای پیش بینی پاسخ سیستم به اختلالات محتمل، از مدل سیستم شامل دینامیکهای موثر بر ناپایداری بلندمدت همچون دینامیکهای بار، ltc و oxl استفاده می شود. کنترل پیش بین بهینه با حداقل کردن یک تابع هدف شامل مولفه هایی همچون میزان بارزدایی و انحراف شاخص های نشاندهنده ناپایداری در فاصله وقوع اختلال تا زمان رسیدن به حالت دائمی طراحی می شود. در این طرح، اقدامات کنترلی تصحیحی و اضطراری مانند تنظیم ولتاژ مرجع ژنراتور، تنظیم ولتاژ مرجع ltc و اتصال خازنهای شنت به باسهای مناسب به همراه بارزدایی به عنوان آخرین راه حل ترکیب می شوند. مساله بهینه سازی تعریف شده به دو روش تحلیلی مشتق مرتبه دوم و ابتکاری جستجوی ممنوع برای دو سیستم 4 و 10 باس حل می شود.

کلیدهای فشارقوی، یکی از مهم ترین اجزاء شبکه برق می باشند. در این تحقیق، مدلی برای تعیین زمان مناسب انجام فعالیت های نگهداری-وتعمیرات پیشگیرانه و تعویض کلیدهای فشارقوی در صنعت برق ارائه می گردد که ضمن حفظ قابلیت اعتماد تجهیز در سطحی قابل قبول، هزینه های آن را کمینه می کند. این مدل، قادر به بیان کمی رابطه بین فعالیت های نت و قابلیت اعتماد سیستم می باشد. در ارزیابی قابلیت اعتماد، توزیع خرابی های کلید، توزیع آمیخته وایبال درنظرگرفته شده و مدل قابلیت اعتماد، براساس مدل نرخ خرابی هیبرید که ترکیبی از روش کاهش عمر و روش افزایش نرخ خرابی است، به دست می آید. مدل ارائه شده برای زمان بندی فعالیت های نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه، براساس سیاست نت متوالی می باشد و این فعالیت ها را ناقص فرض می کند.

کوره های القایی به عنوان یکی از محصولات خاص بین رشته ای در زمینه مهندسی برق محسوب میشوند.انواع منابع تغذیه ساخته شده و کاربردهای مختلف این کوره ها،باعث احساس نیاز به بررسی جامع عملکرد این کوره ها از منظر مهندسی برق شده است. تکنولوژی ساخت منابع تغذیه این کورهها به سرعت طی قرن اخیر پیشرفت کرده است. امروزه با پیشرفت عناصر نیمه هادی و دیگر عناصر مدار های الکتریکی، امکان ساخت و طراحی گونه های مختلف منابع تغذیه سوییچینگ در رنج فرکانس 50 هرتز تا 500 کیلو هرتز و رنج توان 1 کیلووات تا چند ده مگاوات فراهم آمده است. این منابع تغذیه به خاطر بازده بالا تر، ایمنی بیشتر، حجم کمتر و قیمت کمتر جایگاه خود را در بین تقریبا تمامی کاربرد ها پیدا کرده اند.پایان نامه حاضر ضمن بررسی مبانی تئوری ساخت این منابع تغذیه،به طراحی و ساخت یک نمونه کوره پرداخته است.

در این پایان نامه به چگونگی هماهنگی بهینه شارژر خودروهای الکتریکی متصل به شبکه برای کاهش هارمونیک های شبکه پرداخته شده است. امروزه به علت افزایش قیمت سوختهای فسیلی و نگرانیهای زیست محیطی، استفاده از خودروهای الکتریکی در حال افزایش است. در این میان استفاده از خودروهای الکتریکی با قابلیت اتصال به شبکه (pev) که قابلیت اتصال به شبکه ی توزیع را دارند با استقبال بیشتری مواجه بوده اند. pevها به کمک واسط های مبتنی بر الکترونیک قدرت به شبکه متصل می شوند. وجود این واسط ها این امکان را فراهم می کند که با تبدیل باتری pevها به یک فیلتر اکتیو مجازی، از pevها در زمان اتصال به شبکه قدرت (اتصال در ایستگاه های شارژ یا اتصال در خانه و حتی اتصال به هنگامی که در مراکز پارکینگی پارک شده اند) در جهت کاهش هارمونیکهای شبکه استفاده کرد. برای پیاده سازی این ایده به سبب توزیع گسترده pevها در سطح شبکه، با موضوع هماهنگی ناحیه گسترده پالایش کننده های توان مواجه هستیم. در این پایان نامه در ابتدا به مطالعه مشخصات باتری و شارژرهای pevها، استخراج مدل pev متصل به شبکه برای مطالعات هارمونیکی و تحقیق در خصوص فیلترهای اکتیو توزیع شده و هماهنگی ناحیه گسترده آنها پرداخته میشود. در ادامه، به کمک دو مثال ساده، امکان پذیری ایده ی استفاده از pevها به عنوان فیلتر اکتیو مورد ارزیابی قرار میگیرد. مسأله هماهنگی عملکرد pevها برای کاهش هارمونیکهای شبکه به صورت یک مسأله بهینه سازی مدل شده است که هدف این مسأله حداقل کردن آلودگی های هارمونیکی در سطح شبکه است. این مسأله بهینه سازی به کمک الگوریتم ژنتیک حل می شود.

امروزه منابع تغذیه کوچک با قدرتهای کمتر از 1000w جزء لاینفک تمامی سیستمهای الکترونیکی از قبیل رادیو، تلویزیون، کامپیوتر، ویدئو، دستگاههای صوتی و ... می باشد. وجود یک پل ساده به همراه یک فیلتر خازنی موجب می گردد که کیفیت جریان ورودی این منابع تغذیه بسیار پایین باشد. اگر چه به خاطر قدرت کم یک عدد از این منابع تغذیه نمی تواند اعوجاج زیادی روی شبکه ایجاد نماید، ولیکن تعداد بسیار زیاد آنها در تجهیزات مورد استفاده توسط مصرف کننده های عادی می تواند اعوجاج قابل ملاحظه ای ایجاد کند. به همین دلیل امروزه توجه زیادی روی سیستمهای کوچک تصحیح ضریب توان ، pfc می شود. مشخصه عمده این سیستمها، قدرت کم، سادگی و ارزانی می باشد بطوریکه قیمت سیستمهای مورد استفاده را به مقدار زیاد افزایش ندهد. در منابع تغذیه عادی که از یکسو کننده پل و یک خازن فیلتر در طرف dc استفاده می شود ضریب توان بین 0/5 تا 0/7 است . برای کاهش ریپل ولتاژ باید از خازن بزرگتری استفاده کرد که باعث کاهش بیشتر ضریب توان می گردد. از طرف دیگر شکل موج جریان ورودی این یکسوکننده ها به صورت پالسهای تیز جریان با زمانهای صعود و نزول کم می باشد که باعث افزایش تداخل الکترومغناطیسی emi و تداخل رادیویی rfi می گردد. استفاده از مدارهای پسیو بصورت یک فیلتر lc در ورودی یک یکسوکننده یکی از روشهای مرسوم تصحیح ضریب توان و کاهش اعوجاج می باشد. اشکال این مدارها حجم و وزن زیاد و در نتیجه قیمت بالای آنهاست . از طرف دیگر اخیرا" استفاده از مدارهای اکتیو برای بهبود ضریب توان ورودی یکسوکننده های کوچک رایج گشته است . در این مدارها با استفاده از تکنیکهای سوئیچینگ جریان ورودی یکسوکننده هابه صورت مناسب شکل داده می شود. استفاده از مدارهای سوئیچینگ برای شکل دادن جریان ورودی گرچه کمی گران است و تا حدی تلفات را بالا می برد(به خاطر تلفات سوئیچینگ که آن هم با مدارهای رزونانس ومدارهای اسنابر قابل حل است . ) ولی از لحاظ حجم و وزن، خیلی قابل قبول است و از لحاظ ضریب توان در بعضی مواقع تا 0/99 و حتی بالاتر نیز می توان دریافت کرد.

ماشینهای القایی در قالب موتورهای الکتریکی یکی از شایع ترین بارهای الکتریکی در صنعت می باشد. اگر چه تئوری عملکرد این ماشینها به صورت ژنراتور مبحث جدیدی نمی باشد، لیکن مشخصات برجسته آنها از قبیل طول عمر زیاد و عدم نیاز به تعمیر و نگهداری موجب شده است که استفاده از آنها به صورت ژنراتور در سالیان اخیر به طور جدی مورد توجه قرار گیرد. صفات برجسته فوق مخصوصا" در استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر شبیه آب و باد که معمولا" در نقاط دوردست قرار دارند بسیار حائز اهمیت می باشد. به عبارت دیگر، یک ژنراتور القائی می تواند انرژی الکتریکی مورد نیاز نقاط دوردست که انتقال انرژی شبکه سراسری به آنها مقرون به صرفه نیست را به صورت ارزان و بدون نیاز به پرسنل متخصص و با حداقل نیاز به تعمیر و نگهداری فراهم آورد. یک ژنراتور القائی هنگامی که به صورت مستقل کارکند نیاز به روشهایی برای کنترل ولتاژ و فرکانس ترمینالهای خروجی دارد. در این پروژه کنترل ولتاژ خروجی یک ژنراتور القائی مستقل از طریق یک مبدل جریان استاتیک که با روش pwm کنترل می شود مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور ابتدا روشهای تحریک خودی مورد توجه قرار می گیرد. سپس روشهای کنترل توان راکتیو برای کنترل ولتاژ خروجی بررسی می شود. در این میان روشهای استاتیکی به خاطر سهولت و قابلیت انعطاف بیشتر مورد توجه قرار می گیرد. مولد توان راکتیو کنترل شده توسط یک مبدل جریان ac/dc و یک سلف در طرف dc ساخته و نشان داده می شود که به این طریق می توان ولتاژ خروجی ژنراتور القائی را به طور موثر و مطلوبی کنترل و تنظیم نمود. تغییر توان راکتیو از دو روش اندیس مدولاسیون ثابت و جریان سلف متغیر، اندیس مدولاسیون متغیر و جریان ثابت سلف صورت می گیرد. هر دو روش مورد استفاده و بررسی قرار می گیرد و نشان داده می شود روش اندیس مدولاسیون متغیر سریعتر است . رفتار ژنراتور با بار نامتعادل نیز بررسی می گردد و همچنین روشی جهت کنترل فرکانس ارائه می گردد.

همزمان با پیدایش اولین یکسوکننده های قوس جیوه ای، بارهای غیرخطی متصل به شبکه افزایش یافت . اتصال بارهای غیرخطی به شبکه باعث اعوجاج ولتاژ شبکه و در نتیجه کاهش کیفیت شبکه قدرت می گردد. وجود هارمونیکهای ناخواسته در شبکه باعث مشکلاتی از قبیل تلفات خطوط انتقال، کاهش قدرت مفید قابل انتقال، اختلال در کارایی سیستمهای مخابراتی و ... می شود. با افزایش هارمونیکها در شبکه، استانداردهای مختلفی برای بهبود کیفیت شبکه قدرت معرفی گردید. در این استانداردها، محدودیتهایی بر تزریق هارمونیک توسط بارهای غیرخطی به شبکه اعمال شده است . مشکلات ذکر شده در بالا باعث گردید که از همان ابتدا روشهای مختلفی برای حذف هارمونیکها پیشنهاد شود. ابتدائی ترین و مرسوم ترین روش برای این منظور استفاده از فیلترهای پسیو lc می باشد. با پیشرفت تکنولوژی ساخت قطعات نیمه هادی قدرت ، فیلترهای اکتیو مورد توجه و استفاده قرار گرفتند. در این فیلترها با تزریق مناسب ولتاژˆ جریان، اثر بارهای غیرخطی کاهش داده می شود. در این پروژه پس از بررسی مقدماتی انواع ساختارهای مختلف فیلترهای اکتیو، یک نوع خاص از فیلتر اکتیو سری پیشنهاد و تجزیه وتحلیل شده است . فیلتر اکتیو سری بررسی شده بر مبنای اینورتر نوع جریان می باشد. برای طراحی اجزاء مختلف بخش قدرت و کنترل فیلتر، مدل لحظه ای و ماندگار فیلتر بدست آمده است . سیستم پیشنهادی در سه مثال مختلف شبیه سازی شده و نتایج مربوط به هر یک آورده شده است . این شبیه سازی ها کارائی فیلتر پیشنهادی را در حذف هارمونیک ولتاژ از شبکه نشان می دهند. علاوه براین دو کاربرد دیگر از فیلتر اکتیو سری نیز مورد بررسی قرار گرفته است . کاربرد اول استفاده ترکیبی از فیلتر پسیو شنت و فیلتر اکتیو سری را نشان می دهد. در این کاربرد، فیلتر بصورت یک مقاومت مجازی در برابر جریانهای هارمونیکی عمل کرده و مانع از تشدید موازی بین فیلتر پسیو شنت و امپدانس شبکه و خط انتقال که بزرگترین مشکل استفاده از فیلتر پسیو شنت می باشد، می شود. شبیه سازیهای این سیستم نشان می دهد که با وجود فیلتر اکتیو سری، عبور جریانهای هارمونیکی از خط انتقال کاهش چشمگیری داشته است . به بیان دیگر، فیلتر اکتیو سری باعث مجزا شدن فیلتر پسیو شنت از امپدانس منبع و خط انتقال شده است . کاربرد دوم فیلتر اکتیو سری که از مزایای خاص این نوع فیلتر می باشد، بررسی و شبیه سازی شده است . این مزیت ، خاصیت مجزاسازی بار حساس به هارمونیک از بارهای غیرخطی متصل به شبکه می باشد. در این کاربرد، فیلتر اکتیو سری ولتاژ را فقط برای بار حساس به هارمونیک عاری از اعوجاج می نماید.

منابع انرژی سنتی ، سوختهای فسیلی و برق حاصل از شکافت هسته ای و انرژی آبی (نیروگاههای برق آبی ) عملا بر تصویر عرضه انرژی جهانی تسلط دارند.در بین این انرژیها، گروهی از انرژیها هستند که به آنها نام انرژیهای نوین و تجدید پذیر داده شده است. از مشخصات ویژه این انرژیها وجود آنها بصورت توزیع شده می باشد. این انرژیها از نظر تجاری هنوز توسعه نیافته اند. علیرغم اینکه این منابع تقریبا نامحدود می باشند، با این وجود گران و غیر قابل اعتماد تلقی می شوند. از آنجائیکه تعادل بین محیط زیست و اقتصاد انرژی در حال حاضر و در آینده مورد بحث خواهد بود، بنابراین امکانات بالقوه و سهمی که این منابع تجدید پذیر در تامین انرژی جهان خواهند داشت ، یک بخش کلیدی برای مباحث آتی خواهد بود. در این پایان نامه ، ابتدا انواع مختلف روشهای نوین تولید انرژی الکتریکی بررسی شده استاین روشها عموما از انرژیهای موجود در طبیعت بهره می گیرند و برخی از آنها مانند تولید انرژی الکتریکی از خورشید و انرژی باد در مقیاس وسیعتری مورد بهره برداری قرار گرفته و پیش بینی می شود که در آینده ای نزدیک ، حجم قابل توجهی از مصرف انرژی الکتریکی را تامین نمایند. ویژگی عمومی این منابع جدید تولید انرژی الکتریکی ، عدم ایجاد آلودگی های زیست محیطی است .نوع انرژی الکتریکی که اکثر این منابع تولید می کنند به صورت برق مستقیم بوده و توسط یک اینورتر به شبکه تزریق می شود. از این منابع به دو صورت مستقل از شبکه و متصل و متصل به شبکه استفاده می گردد. اگر بهره برداری از آنها به صورت متصل به شبکه انجام پذیرد ، باید به مواردی مانند کیفیت توان، همزمانی و ... توجه نمود و باید اثر متقابل بین شبکه الکتریکی و این منابع در نظر گرفته شود. در این پایان نامه برقراری حالت همزمانی بین شبکه و این دسته از منابع مورد بررسی قرار گرفته است . برای برقراری حالت همزمانی عموما از وسیله ای به نام ‏‎pll‎‏ استفاده می شود. ابتدا کل شبکه و منبع انرژی مدل گشته و سپس مدل شبکه به همراه ‏‎pll‎‏ به دست آمده است.

اغتشاشات هارمونیکی یکی از مباحث مهم در زمینه کیفیت توان الکتریکی سیستمهای قدرت است که با افزایش میزان بارهای غیرخطی، مبدلهای استاتیکی و ... از اهمیت ویژه ای برخوردار شده است. علت اصلی این اغتشاشات جاری شدن جریان غیرسینوسی بارهای غیرخطی در شبکه می باشد که سبب بروز ولتاژهای هارمونیکی(غیرسینوسی) در نقاط مختلف شبکه می گردد. گزارش عملکرد نامناسب الکتروفیلترهای کوره بلند شبکه ذوب آهن اصفهان یکی از این اختلالات می باشد که خرابی تریستورهای الکتروفیلترها را در پی دارد. دراین مطالعه به بررسی اثرات هارمنیکی این واحد بر شبکه پرداخته می شود .

با توجه به رشد روزافزون مصرف انرژی الکتریکی و بارهای غیرخطی در سیستم قدرت، بهره برداری بهینه از سیستم قدرت و ارائه توان الکتریکی با کیفیت بالا، از مسائل مهم مهندسی برق می باشد. سیستمهای الکترونیک قدرت از یکسو منشا جریانهای هارمونیکی و اختلالات کیفیت توان در شبکه هستند و از سوی دیگر با استفاده از سیستمهای الکترونیک قدرت می توان کیفیت توان را در شبکه بهبود بخشید. در این راستا تجهیزات ‏‎custom power‎‏ برای بهبود کیفیت توان در شبکه توزیع گسترش یافته اند. فیلتر اکتیو و ‏‎d-statcom‎‏ از تجهیزات ‏‎custom power‎‏ هستند که برای جبران همزمان توان راکتیو و جریانهای هارمونیکی می توان از آنها استفاده کرد. این مبدلها بعنوان منابع جریان کنترل شونده، جریانهای جبران کنندگی را بصورت موازی به شبکه تزریق می کنند. به همین منظور می توان از مبدع های نوع ولتاژ یا جریان بعنوان جبران کننده استفاده کرد. در این تحقیق از یک مبدع نوع جریان برای جبران توان راکتیو و جریانهای هارمونیکی ناشی از یک یکسوکننده کنترل شده استفاده شده است.این مبدل با استفاده از اندیس مدولاسیون کنترل می شود. برای عملکرد صحیح یک جبران کننده به جریان مرجع دقیق نیاز است. در این تحقیق از روش تعمیم یافته تئوری توان راکتیو لحظه ای برای استخراج جریان مرجع استفاده شده است.