هدف از انجام این پایان نامه بررسی پایداری اغتشاش کوچک سیستم قدرت به کمک ادوات facts و پایدارسازهای سیستم قدرت (pss) است. در این تحقیق عملکرد کنترل کننده های svc و tcsc از خانواده ادوات facts به عنوان پایدارساز نوسانات سیستم قدرت بررسی و با عملکرد pss مقایسه شده است. برای بررسی پایداری اغتشاش کوچک، به مدل خطی شده سیستم قدرت حول نقطه کار نیاز است. بدین منظور معادلات دو سیستم مورد مطالعه که شامل سیستم تک ماشینه متصل به باس بینهایت (smib) و سیستم قدرت چند ماشینه است، استخراج شده و حول نقطه کار خطی گردیده اند. برای بررسی تاثیر کنترل کننده های میراگر بر نوسانات فرکانس پایین سیستم به مدل کنترلی آن ها نیاز است که در این پروژه از کنترل کننده های پس فاز- پیش فاز برای pss، svc و tcsc استفاده شده است. در روند بررسی تاثیر این کنترل کننده ها بر سیستم قدرت، مدل کنترلی این تجهیزات با مدل خطی شده سیستم ادغام شده است و برای اینکه بیشترین کارایی را در استفاده از pss، svc و tcsc داشته باشیم پارامترهای کنترلی آن ها با استفاده از الگوریتم ژنتیک (ga) که یک الگوریتم بهینه سازی است بهینه یابی شده اند. به منظور میرایی بیشتر مدهای الکترومکانیکی ژنراتورها و بهبود نوسانات سیستم، استفاده همزمان pss و svc و نیز استفاده همزمان pss و tcsc بررسی شده است. در تنظیم هماهنگ این ادوات، پارامترهای کنترلی آن ها بطور همزمان با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه یابی شده اند. جهت بررسی عملکرد pss، svc و tcsc در سیستم های چند ماشینه می بایست مکان آن ها در سیستم مشخص شود. برای جایابی pss از فاکتور اشتراک استفاده شده است. بدین منظور پس از بدست آوردن مقادیر ویژه سیستم، فاکتور اشتراک ژنراتورها در مدهای الکترومکانیکی محاسبه شده و pss روی ژنراتوری که فاکتور اشتراک بیشتری را در مد الکترومکانیکی با کمترین مقدار نسبت میرایی دارد نصب شده است. برای جایابی svc، از آنالیز حساسیت ولتاژ به توان راکتیو باس ها استفاده شده است. svc روی باسی قرارخواهد گرفت که بیشترین حساسیت ولتاژ نسبت به توان راکتیو را از خود نشان دهد. مکان tcsc با توجه به اینکه این کنترل کننده در خطوط جایابی می شود براساس بارگیری خطوط و اینکه کدام خط بارگیری بیشتری نسبت به ظرفیت نامی خود دارد تعیین شده است. سیستم چند ماشینه مورد مطالعه سیستم wscc است که شامل 9 باس و 3 ژنراتور می باشد. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که تنظیم همزمان پایدارسازها، میرایی نوسانات سیستم را بطور قابل توجهی افزایش می دهد. در تنظیم مجزای پایدارسازها نشان داده شده است که در سیستم smib، tcsc و در سیستم wscc ، pss نسبت به سایر ادوات عملکرد بهتری دارند. در هر دو سیستم، svc ضعیف ترین میرایی را بهمراه خواهد داشت.

امروزه ادواتfacts در سیستم های قدرت از ابعاد متنوعی قابل ارزیابی می باشند. این ادوات می-توانند ابزارهای مطمئنی برای اصلاح کیفیت توان، جبران توان راکتیو، کنترل توان اکتیو انتقالی یک شبکه قدرت باشند. از طرفی با توجه به رشد روزافزون مصرف انرژی الکتریکی و اتصال تولیدات پراکنده به سیستم های قدرت، بهره برداری از این شبکه و ارائه توان الکتریکی با کیفیت بالا، از مسائل مهم مهندسی برق می باشند. در این پایان نامه، مدل upfc بر مبنای الگوریتم کنترلی pq و روش اویلر پیش رو شرح داده می شود. سیستم کنترل پیشنهادی، ظرفیت کنترل شارش توان اکتیو و راکتیو خط، تنظیم ولتاژ، توانایی پاسخ به تغییرات پله ای و بهبود رفتار گذرای سیستم قدرت بعد از رخداد شرایط تغییرات بارها و اثرات نامطلوب اتصال و قطع تولید پراکنده را دارد. همچنین ولتاژ خازن dc در سیستم کنترلی بگونه ای طراحی شده که در تمام شرایط بتواند ثابت باقی مانده و عملکرد جبران کننده را بهبود دهد. در مرحله بعد تأثیرات اتصال تولید پراکنده روی یک سیستم آزمایشی مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد. لذا در این راستا، ابتدا مدل سیستم کنترل موازی، سری و مدل منبع ولتاژ 48 پالسه، upfc بیان می گردد. در بخش بعد مدل نیروگاه بادی و ژنراتور القایی آن به عنوان منبع تولید پراکنده ارائه گردیده است. در نهایت شبیه سازی شبکه مورد مطالعه و تحلیل نتایج آن ارائه شده است. برای بررسی عملکرد سریع upfc پیشنهادی، پدیده هایی نظیر کمبود و بیشبود ولتاژ، عدم تعادل ولتاژ و هارمونیک ناشی از اتصال تولید پراکنده و کلیدزنی بارهای القایی و خازنی شبکه، در دو بخش بررسی شده است.در بخش اول منبع تولید پراکنده در تمامی لحظات به شبکه متصل است. بخش اول شامل چهار حالت می باشد که عبارتند از: حالت اول: اتصال بار اهمی- القایی شماره 1، حالت دوم: اتصال بار القایی شماره 2، حالت سوم: اتصال بار خازنی و حالت چهارم: قطع بارهای القایی. بخش دوم نیز مشابه بخش اول بوده با این تفاوت که برخلاف بخش اول، دو فاز منبع تولید پراکنده در برخی از زمان ها قطع می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که کنترل کننده upfc پیشنهادی دارای پاسخ دینامیکی سریع بوده و می تواند ولتاژ باس و قدرت انتقالی p و q سیستم را تنظیم کند. بنابراین برای بهبود تنظیم ولتاژ و جبران-سازی توان سیستم قدرت عملکرد مناسبی خواهد داشت. نتایج شبیه سازی که توسط نرم افزار matlab/simulink انجام گرفته است، دقت و کارآیی این طراحی را در شرایط مختلف نشان می دهد.

ابتدا به این موضوع که اینورتر مناسب برای سیستم های فتوولتائیک چه نوع اینورتری است پرداخته می شود. در ادامه به نوعی از اینورتر بنام اینورتر فلایبک منبع جریان پرداخته می شود. این نوع اینورتر دارای بازده و ضریب توان مناسب جهت اتصال سیستم های فتوولتائیک به شبکه توزیع می باشد. معادلات الکتریکی حاکم و بدست آوردن تمام مشخصه های الکتریکی این نوع اینورتر و اثر پارامترهای مختلف بر عملکرد وطراحی اینورتر بیان می شود. و مقادیر عددی طراحی اینورتر بدست آورده می شود. بخش مهمی از اینورتر مدار فرمان است. ضمن تشریح قسمت های مختلف مدار فرمان نحوه پیاده سازی آنها در عمل و نرم افزار بیان می شود. نحوه ایجاد پالس pwm و مدار فرمان گیت کلید های مختلف اینورتر و نحوه جداسازی و طراحی مدار تغذیه برای بایاس آی سی های مختلف بخش کنترل و درایور تشریح می شود. سپس اینورتر طراحی شده شبیه سازی می شود و نتایج تئوری با نتایج شبیه سازی و نتایج آزمایشگاهی از نظر توان انتقالی، جریان خروجی، thd، ضریب توان و بازده با هم مقایسه می شوند.?

کنترل کننده سیلان توان بین خطی تعمیم یافته (gipfc) یکی از جدیدترین ادوات facts می باشد که قابلیت کنترل ولتاژ باس و سیلان خطوط مبدل های سری خود را دارد. در این پروژه به جایابی و تنظیم پارامترهای قابل کنترل gipfc به صورت بهینه پرداخته شده است. جایابی با تابع هدف بهبود پروفیل ولتاژ شبکه و بهره برداری از خطوط انجام شده است. منظور از بهبود بهره برداری از خطوط حذف اضافه بارها در خطوط و افزایش بار خطوط تا حد حرارتی آن ها می باشد. به عبارتی دیگر خطوط کم بار پربارتر و خطوط پربار کم بارتر می شوند و به این ترتیب الگوی بارگیری خطوط به صورت یکنواخت می شود. بهبود پروفیل ولتاژ باس ها نیز به این معنا است که باس ها هر چه بیشتر به ولتاژ دلخواه بهره بردار شبکه نزدیک شوند. به منظور انجام مطالعات جایابی از الگوریتم ژنتیک که الگوریتمی اثبات شده در این زمینه می باشد، استفاده شده است و روند جایابی بر روی شبکه 39 باسه ieee صورت گرفته است.

دنیای مدرن امروزی به شدت نیازمند انرژی برق با کیفیت و قابلیت اطمینان بالا است. از طرفی اهمیت مسئله انرژی نیاز به استفاده از منابع انرژی نو را به عنوان تولید کننده انرژی الکتریکی افزایش داده است. افزایش نیاز به استفاده از منابع انرژی نو به عنوان تولید کننده، کهنه شدن شبکه های انتقال و توزیع و نیاز به سرمایه گذاری کلان برای توسعه و نو کردن شبکه و زیر ساخت های پایه ای آن و نیاز به انرژی برق با کیفیت و قابلیت اطمینان بالا همه چالشهای امروز را بسوی روش های نوین تامین انرژی برق پیش می برد. یکی از گزینه های مناسب جهت تامین انرژی برق، منابع تولید پراکنده میباشند که امروزه یکی از مهمترین منابع تامین انرژی برق هستند. حضور منابع تولید پراکنده، شبکه های توزیع گذشته را که حالت پسیو داشتند، اکنون به شبکه های اکتیو تبدیل کرده است و این امر به اضافه فراهم شدن امکانات وسیع تبادل اطلاعات در شبکه توزیع منجر به بحث جدیدی بنام ریزشبکه ها (میکروگریدها) در بخش توزیع شده است. ریزشبکه ها به شبکه های ولتاژ پایینی اطلاق می شود که شامل منابع تولید پراکنده از قبیل(میکروتوربینها، باطریهای خورشیدی، توربینهای بادی و...) ، منابع ذخیره ساز انرژی همچون باطری ها و خازن ها و... ، بارهای حساس و بارهای قابل قطع بوده که می توانند به دوصورت متصل به شبکه یا جدا از شبکه مورد بهره برداری قرار بگیرند. برخی از این منابع مانند دیزل های گازسوز و میکروتوربین های گازی که محدودیتی در تامین سوخت آنها وجود ندارد می توانند بصورت دائم برق تولید کنند. تولید برخی مانند نیروگاه های بادی و خورشیدی تابعی از الگوی وزش باد یا تابش خورشید بوده و در طول شبانه روز و فصول سال تغییراتی دوره ای را تجربه می کنند و برخی مانند پیل های سوختی که از مخازن با ظرفیت محدود هیدروژن یا گاز طبیعی استفاده می کنند، بعنوان یک مولد برق با انرژی اولیه محدود به حساب می آیند. بنابراین مدل سازی منابع تولید پراکنده دارای عدم قطعیت در بهبود کارایی ریزشبکه تأثیر زیادی دارند. همچنین وجود منابع ذخیره ساز انرژی بصورت کوتاه مدت یا بلندمدت، نقش مهمی را در عملکرد مناسب تر ریزشبکه ها ایفا می کنند، در حالیکه در سیستمهای سنتی واحدهای ذخیره سازی نقش چنین اساسی نداشتند. هدف کلی از برنامه ریزی ریزشبکه ها اتخاذ بهترین تصمیم در استفاده از مولدها برای تولید توان الکتریکی در یک ریزشبکه، برنامه ریزی و زمان بندی بهینه ذخیره سازها، مدیریت صحیح بار و همچنین خرید و فروش مناسب برق از شبکه است. هدف از انجام این پروژه ارائه یک روش برنامه ریزی و مدیریت بهینه جهت بهبود عملکرد کلی ریزشبکه و افزایش سود مولدهاست.

رشد استفاده از بارهای غیرخطی، باعث افزایش آلودگی هارمونیکی در سیستمهای توزیع و افزایش نگرانی صنایع در رابطه با عدم عملکرد مناسب بارهای نسل جدید به دلیل بروز مشکلات کیفیت توان و مخصوصا اغتشاشات هارمونیکی شده است. به منظور جلوگیری از افزایش این آلودگیها، استانداردهایی توسط موسسه های بین المللی وضع شده است. اما برای اعمال این استاندارد ها باید موقعیت بارهای تولیدکننده هارمونیک در شبکه و سهم هارمونیک تولیدی این نوع بارها مشخص شود، بنابراین، باید اطلاعات هارمونیکی تمامی باس های سیستم مشخص باشند؛ به همین دلیل، ابتدا با استفاده از دستگاه های پایش و اندازه گیری، هارمونیک های ولتاژ و جریان تعدادی از باس های سیستم اندازه گیری می شوند سپس با استفاده از اطلاعات بدست آمده، تخمین حالت هارمونیکی انجام شده و اطلاعات هارمونیکی ولتاژ باس ها و جریان خطوط در دسترس قرار می گیرند. با بالا رفتن تعداد اندازه گیرهای هارمونیکی، کیفیت تخمین بالا می رود، اما هزینه نیز افزایش می یابد. بنابراین تعیین تعداد بهینه اندازه گیرهای هارمونیکی امری ضروری می باشد. در این پایان نامه، هدف اصلی ارائه روشی به منظور جایابی بهینه واحدهای اندازه گیری فازور، در سیستم های قدرت و توزیع میباشد. در این روش پیشنهاد شده است که باسهای با جریان تزریقی صفر از شبکه حذف شده و امپدانس و ساختار شبکه طوری تغییر داده شود تا حذف این نوع باس ها تاثیری در امپدانس کل شبکه نداشته باشد، سپس جایابی بهینه بر روی شبکه حاصل انجام شود. همچنین روشی به منظور مشخص شدن خطوطی که به باسی که برای نصب اندازه گیر مشخص شده، متصل شده اند اما، نیاز به نصب اندازه گیر جریان ندارند، نیز ارائه شده است. همانطور که اشاره شد، نصب این اندازه گیرها به منظور تخمین حالت هارمونیکی کل سیستم الکتریکی میباشد. به همین دلیل، علاوه برجایابی بهینه، تخمین حالت هارمونیکی نیز بر روی سیستمهای مورد مطالعه انجام شده است. از سوی دیگر، شبکه های توزیع (به علت وجود بارهای نامتقارن) نامتقارن می باشند، لذا روشی برای ساده تر شدن تخمین حالت هارمونیکی بر روی این شبکه ها نیز پیشنهاد شده است. در انتها با استفاده از نتایج تخمین حالت هارمونیکی، و استفاده از روش مجموع توان هارمونیکی موقعیت بارهای تولیدکننده هارمونیک شناسایی شده اند.

کنترل کننده سیلان توان بین خطی تعمیم یافته (gipfc) از جمله جدیدترین ادوات facts به شمار می آید که بدلیل داشتن بخش های سری متعدد به همراه بخش موازی، از قابلیت بالایی جهت شرکت در کنترل شبکه برخوردار است. در این پروژه به جایابی و تنظیم بهینه ی پارامترهای کنترلی gipfc با هدف ارتقای امنیت شبکه پرداخته شده است. منظور از ارتقای امنیت شبکه نیز بهبود پروفیل ولتاژ باسها، مدیریت تراکم خطوط و در نظر گرفتن شرایط خروج ناگهانی خطوط می باشد تا سیستم در صورت وقوع حوادث ناگهانی نیز تا حد قابل قبولی آمادگی مقابله با شرایط را داشته باشد و میزان خاموشی های ناشی از این حوادث به حداقل برسد. همچنین به منظور نزدیک شدن شرایط مسئله به شرایط واقعی نیز تغییرات بار شامل تغییرات سطح کلی بار و تبادل بار بین نواحی مختلف شبکه، در مسئله دیده شده است. الگوریتم بکار گرفته شده جهت بهینه یابی، الگوریتم ژنتیک می باشد که روشی مطمئن در این زمینه محسوب می شود، همچنین مطالعات فوق بر روی شبکه ی 39 باسه ieee، از دو دید برنامه ریزی و بهره برداری شبکه صورت گرفته است.

امروزه با توجه به رشد فزایند بارهای غیر خطی همچون موتور درایورها، سیستم های الکترونیکی، کوره های القایی و... در شبکه های توزیع، مشکلات فراوانی همچون تزریق جریان های هارمونیکی افت ولتاژ، نامتعادلی سیستم سه فاز و ... بیش از پیش نمود پیدا کرده است و موجب کاهش کیفیت توان شده است. یکی از راه های پیشگیری از پایین آمدن کیفیت توان بکارگیری ادوات facts در شبکه توزیع می باشد. یکی از مهمترین این ادوات جبرانساز سنکرون استاتیکی توزیع ( dstatcom ) است. dstatcom به صورت موازی در نزدیکی بار به شبکه متصل می گردد که با کنترل مناسب آن می توان تعدادی از شاخصه های کیفیت توان همچون توان غیرفعال، جبران جریان های هارمونیکی و... را فراهم نماید. در این پایان نامه پس از بررسی روش های جبرانسازی و کنترلی، یک مدل آزمایشگاهی dstatcom ساخته شده است. برای جبران سازی بار از روش ضریب توان واحد استفاده شده است.پردازنده tms320f2812 برای کنترل سیستم بکار رفته است، و نتایج آن ارائه می گردد.

در برخی کارهایی که تا کنون انجام گرفته به کنترل زاویه پره های توربین برای کنترل توان مکانیکی خروجی پرداخته شده با فرض اینکه مبدل یکسوساز و اینورتر کار خود را به درستی انجام دهد که بیشتر با دید کنترلی به این قضیه پرداخته شده است. در برخی دیگر با کنترل حالت کلیدزنی مبدل، سعی بر ثابت نگه داشتن توان خروجی استاتور است و به کنترل زاویه پره های توربین نپرداخته و از روش های نظیر dtc و dpc استفاده کرده که دیدی نسبتا قدرتی را به این موضوع تداعی می کند. هدف اصلی این پایان?نامه استفاده هم زمان از کنترل کننده فازی برای کنترل توان مکانیکی خروجی و کنترل حالت کلیدزنی برای کنترل توان خروجی استاتور است. واضح است که دستیابی به این هدف بدون مشخص بودن پیکر?بندی سیستم ممکن نخواهد بود. لذا در گام اول، طراحی و مدلسازی سیستم تولید انجام خواهد شد. برای درک بهتر این مدل سازی ابتدا آن را در بخش های کوچکتر مورد مطالعه قرار داده و به صورت چندین زیر سیستم بررسی می گردد. مورد مطالعه که یک سیستم توربین بادی آزمایشی در منطقه رجینا کانادا است. یک توربین بادی به صورت مستقل به شبکه ای فرضی با فرکانس و توان ثابت متصل شده است. ?? پس از مشخص شدن پیکربندی سیستم ، مهم ترین بخش نحوه کنترلی است. کنترل زاویه پره های توربین از طریق یک روش هوشمند (کنترل فازی) انجام گرفته و کنترل مبدل از طریق روش کنترل مستقیم گشتاور dpc انجام گرفته است. بر خلاف روش های مرسوم استفاده از مدولاسیون فضای برداری و مدولاسیون پهنای پالس برای کنترل حالت کلیدزنی در این پایان نامه از دو جدول مرجع استفاده شده است. بهره گیری از کنترل کننده فازی به منظور کاهش تغییرات توان مکانیکی تحت تغییرات سرعت باد، سرعت تثبیت توان خروجی استاتور را افزایش داده و همچنین میزان فراجهش و همچنین فروجهش توان مکانیکی را کاهش داده است. همان طور که نتایج شبیه سازی در پایان نامه بر می آید روش پیشنهادی سرعت را حول سرعت سنکرون ثابت کرده تا از طریق آن کنترل ساده تری برای کنترل حالت کلیدزنی داشته باشیم. براساس نتایج شبیه سازی استفاده از دو نوع کنترل کننده برای کنترل توان خروجی کاراتر از استفاده از تنها یک نوع کنترل کننده است. در صورتی که تنها از کنترل توان مکانیکی برای کنترل توان خروجی استاتور استفاده شود نمی توان تحت تغییرات زیاد سرعت باد نقطه کار را برای توربین بادی تنظیم کرد. در این صورت نمی توان از توربین بادی به عنوان منبع تولید و یا مصرف توان راکتیو استفاده کرد.

در این پروژه به بررسی تأثیر کنترل کننده سیلان توان میان خط تعمیم یافته (gipfc) در عملکرد رله دیستانس دیجیتال پرداخته شده است. gipfc مفهومی جدید می باشد که از ترکیب مفاهیم کنترل کننده سیلان توان یکپارچه (upfc) و کنترل کننده سیلان توان میان خط (ipfc) به وجود آمده است که به جبران سازی هم زمان چندین خط انتقال می پردازد. در ساختار gipfc از جبران سازهای سری sssc و statcom استفاده شده است که در مواقع ضروری هر کدام از آنها می توانند به صورت مستقل عمل کنند و بعبارتی ترکیب gipfc می تواند به حالات کاری مختلف، تبدیل شود به همین خاطر در ابتدا به دو روش تحلیلی و شبیه سازی به صورت جداگانه به بررسی تأثیر بخش سری gipfc یا بعبارتی جبران ساز sssc و بخش موازی gipfc یا جبران ساز statcom پرداخته شده است. در نهایت با مدلسازی gipfc، به بررسی تأثیر آن در عملکرد رله دیستانس پرداخته شده است. در شبیه سازی sssc، statcom و gipfc سعی شده است که شبیه سازی ها به مدل واقعی نزدیکتر باشند به همین دلیل از کنورترهای منبع ولتاژی 48 پالسه در ساختار جبران سازها استفاده شده است و در مدار کنترلی آنها، محدود کننده هایی که در عمل استفاده می شوند، اعمال شده است. در تمامی مراحل از روابط ریاضی به دست آمده از آنالیز تحلیلی، برای تأیید نتایج حاصله از شبیه سازی، استفاده شده است.