موتور bldc1 از دسته موتورهای الکتریکی سنکرون است که شباهت زیادی با موتورهای dc دارد. به دلیل پاسخ بهتر سرعت و گشتاور، پاسخ دینامیکی بالا، بازده بالا، طول عمر بالا، عملکرد بدون نویز و محدود عملکرد متفاوت سرعت، این موتور نسبت به موتورهای dc و القایی برتری دارد. کنترل مستقیم گشتاور به منظور درایو موتور bldc به کار گرفته شده است. سرعت بالای پاسخ گشتاور، طراحی ساده و مقاوم از مزایای این روش کنترلی است. کنترل کننده مرسوم در کنترل سرعت این قبیل موتورها کنترل کننده pi است. هر چند این کنترل کننده کلاسیک ساختاری ساده دارد ولی دقت پایین این کنترل کننده باعث به وجود آمدن فراجهش در پاسخ سرعت و گشتاور می گردد. به همین منظور در دو دهه ی اخیر کنترل کننده هایی بر اساس الگوریتم های هوشمند و تطبیقی ارائه شده اند. کنترل کننده فازی را می توان اولین کنترل کننده هوشمند نامید. مزیت این کنترل کننده ساختاری ساده و عدم نیاز به معادلات پیچیده ریاضی دانست. مشکل این کنترل کننده این است که صحت دستورات توسط صحیح و خطا تعیین می گردد که این از دقت این کنترل کننده می کاهد. به منظور حل این مشکل در سال 1993 کنترل کننده سیستم تطبیقی عصبی- فازی2 توسط جنگ ارائه شد. این کنترل کننده بر اساس آموزش سیستم توسط داده های مناسب و اعمال این داده ها به کنترل کننده فازی، سیستم را کنترل می کند. ریپل بالای گشتاور یکی از معایب دو کنترل کننده هوشمند بیان شده در فوق است. به منظور رفع این مشکل یان سن در سال 1998 ایده فازی-تطبیقی را ارائه کرد. این ساختار شامل ترکیب دو کنترلر فازی و pi است. در دهه ی اخیر کنترلرهایی که دارای ساختاری تطبیقی و مقاوم هستند بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. سیستم تطبیقی مدل مرجع3 (mras) از این قبیل کنترل کننده ها است. در این کنترل کننده با توجه به درجه ی سیستم یک مدل ایده ال تعریف می گردد. اختلاف مدل حقیقی از این مدل مرجع سیگنال خطایی را ایجاد می کند که این سیگنال خطا به صورت فیدبک به ورودی سیستم وارد گشته و خروجی سیستم حقیقی را اصلاح می کند. در این پایان نامه پنج روش بیان شده در فوق به عنوان کنترلر سرعت موتور bldc به کار گرفته شده اند، و نتایج حاصل از هرکدام با روش های دیگر مقایسه شده اند. با مقایسه روش ها می توان گفت کنترلر فازی-تطبیقی پاسخ بهتری نسبت به کنترلر فازی-عصبی و فازی از خود نشان می دهد. کنترلر mras نیز در مقایسه با کنترلرهای هوشمند و کنترلر pi بهترین پاسخ را از لحاظ حذف فراجهش، توانایی تطبیق با تغییرات آنی سیستم و بهبود زمان حالت گذرا را از خود نشان می دهد.

باتوجه به افزایش روزافزون قیمت انرژیهای فسیلی، استفاده از خودروهای الکتریکی و هیبرید هر چه بیشتر مورد توجه قرار می گیرد. استفاده از موتورهای ولتاژ بالا در خودروهای الکتریکی و هیبرید بسیار مقرون به صرفه بوده و مزایای زیادی دارد. اما با توجه به ولتاژ پایین باتری در این خودروها استفاده از مدارات بوست برای افزایش ولتاژ اجتناب ناپذیر است. با توجه به راندمان و کارایی پایین مبدلهای بوست قدیمی در این پایاننامه بر ان شدیم تا با استفاده از ترانسفورمر الکترونیک قدرت به جای مبدل بوست یک درایو دو طرفه برای موتور ac در خودرو الکتریکی ارائه کنیم. در این پایاننامه کارایی مبدل مبتنی بر ترانسفورمر الکترونیک قدرت در مقایسه با مبدل بوست قدیمی بررسی می شود. همچنین کنترل v/f بصورت مجزا توسط مبدل ورودی و اینورتر خروجی صورت می گیرد. فرکانس توسط اینورتر خروجی و ولتاژ توسط مبدل مبتنی بر ترانسفورمر الکترونیک قدرت تنظیم می گردد. راندمان مبدل در فرکانس کلیدزنی 30 و 5 کیلوهرتز به ترتیب %68 و % 86 می باشد.

توسعه ی خودروهای موتور احتراق داخلی، خصوصاً اتومبیل ها، یکی از بزرگترین یافته های تکنولوژی مدرن است. اتومبیل ها سهم عمده ای در رشد جوامع پیشرفته، به علت برآورده کردن نیازهای مربوط به حمل و نقل سریع و آسان، داشته اند. با این وجود، تعداد زیاد اتومبیل های مورد استفاده در جهان موجب به وجود آمدن مشکلات جدی برای محیط زیست و زندگی مردم شده است. مشکلات مربوط به آلودگی هوا، گرم شدن کره زمین و تقلیل سریع منابع نفتی، امروزه از بزرگترین مسائل نگران کننده به شمار می روند. در دهه های اخیر، تحقیقات و فعالیت های زیادی به منظور توسعه ی حمل و نقل با بازده بالا، تمیز و ایمن صورت گرفته است و خودروهای برقی جهت جایگزینی با خودروهای قدیمی که از موتورهای احتراق داخلی استفاده می کنند، پیشنهاد شده اند. استفاده از دیفرانسیل الکتریکی در خودروی برقی مزایای زیادی را به همراه خواهد داشت. دیفرانسیل الکتریکی مزیت جایگزینی تبدیل ها و دیفرانسیل های مکانیکی سنگین، کم بازده و گاهی لق را با موتورهای الکتریکی کوچک تر و سبک تر که به طور مستقیم به چرخ ها کوپل می شوند، داراست. همچنین این موتورها می توانند به طور مستقل از هم کنترل شوند که مزایای زیادی را به دنبال خواهد داشت. تاکنون دیفرانسیل های الکتریکی مختلفی برای کاربرد خودروی برقی با درایو دو یا چهار چرخ پیشنهاد شده اند. با وجود مزایای گسترده که استفاده از دیفرانسیل الکتریکی به همراه دارد، اما مشکلاتی دارد که به کارگیری آن را محدود کرده است. در این پایان نامه یک سیستم دیفرانسیل الکتریکی برای یک خودروی برقی با چهار موتور درایو مستقل پیشنهاد شده است. دیفرانسیل الکتریکی پیشنهادی ساده بوده و مشکلات دیفرانسیل های الکتریکی قبلی را ندارد. این دیفرانسیل الکتریکی برای خودروی برقی با قابلیت هدایت دو چرخ و چهار چرخ توسعه یافته است. برای محاسبه سرعت چرخ ها به هنگام دور زدن از معادله ackerman استفاده شده است. برای سنکرون سازی چرخ ها نیز تکنیک سنکرون سازی fictitious master مورداستفاده قرار گرفته است. سیستم پیشنهادی در نرم افزار matlab شبیه سازی شده و عملکرد سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که دیفرانسیل الکتریکی پیشنهادی به خوبی توانسته به هنگام حرکت مستقیم، دور زدن، شتاب گیری و کاهش شتاب خودرو و همچنین بروز اغتشاش در چرخ ها عمل نماید.

موتورهای جریان مستقیم بدون جاروبک (bldc) و درایوهای آن در محدوده وسیعی از کاربردها به طور افزایشی به علت ویژگی های اساسی شان مورد توجه فراوان قرار گرفته اند. تحقق پذیری این مهم در این نوع موتورها از یکسو مرهون پیشرفت های روزافزون تکنولوژی pm است که امکان دستیابی به بازده، چگالی توان و گشتاور بالا را برای این موتورها به ارمغان آورده است. از سوی دیگر ساختار و مشخصات ویژه این نوع از موتورها بستری را برای کنترل ساده تر و سایز کوچکتر در مقایسه با موتورهای هم توان ایجاد کرده است. دستیابی به گشتاور صاف در این موتورها به عنوان یک هدف مورد تقاضا است که باید از دو منظر طراحی و درایو به آن توجه شود. این موضوع نیازمند تعیین گشتاور دندانه و ریپل کموتاسیون به منظور بهینه سازی از دیدگاه طراحی یا درایو است. طراحی مناسب موتور منجر به کاهش گشتاور دندانه می شود، اما عمل کموتاسیون ریپل گشتاور قابل توجهی تولید می کند که به منظور رسیدن به درایو با پرفرمانس بالا توجه به آن ضروری است. اثر کموتاسیون در شکل موج گشتاور به صورت برجستگی ها یا فرورفتگی ها در زمان هایی که جریان مربعی شکل استاتور تغییر سطح می دهد ظاهر می شود. اثر کموتاسیون حتی در موتورهایی با اندوکتانس فاز کم و ولتاژ باس محدود ظاهر می شود. روش های مختلفی پیشنهاد شده است. تعداد زیادی از محققین برای غلبه بر این مشکل روش هایی از منظر مدار کنترلی پیشنهاد داده اند. این روش ها محدود هستند زیرا وابسته به شرایط سیستم هستند و بنابراین منجر به سیستم های پیچیده و حجیم حتی برای کاربردهایی که کمتر تقاضا دارند، می شوند. بعلاوه، زمان کموتاسیون با سرعت تغییر می کند و بنابراین روش کنترل جریان باید خود را تنظیم کند. یافته ها حاکی از آن است که قطب های مقطع ریپل گشتاور کمتری تولید می کنند. به طور کلی، مطالعات نشان می دهد که تغییر bemf در باز? زمانی کموتاسیون، با دامن? تنظیم شده به صورت متناسب، به صورت مثبتی در کم کردن اثر جریان در ریپل گشتاور تأثیر می گذارد. ساختار مورد بررسی در این تحقیق بر مبنای یک موتور صنعتی در [57] است. پروس? بهینه سازی توسط الگوریتم ژنتیک انجام شده است. طرح بهینه با استفاده از کمینه کردن تابع هدفی که بیانگر ریپل گشتاور است، انجام شده است. لازم به ذکر است که گشتاور متوسط در حالت پایدار به صورت قابل توجهی تحت تأثیر قرار نمی گیرد. کاهش گشتاور دندانه به علت اثر مستقیم آن روی پرفرمانس موتور، یکی از مهمترین نیازمندی ها در طراحی موتور bldc است. در این تحقیق، تأثیر بعضی از پارامترهای طراحی بر گشتاور دندانه با استفاده از روش المان محدود مورد بررسی قرار گرفته است. طراحی های مختلف توسط نرم افزار تحلیل المان محدود maxwell® انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان از کاهش ریپل گشتاور موتور دارد.

به دلیل پیشرفت در ساخت ادوات الکترونیک قدرت و ارزانی مواد مغناطیسی، استفاده از موتورهای جریان مستقیم بدون جاروبک افزایش یافته است. این نوع موتورها به دلیل بازده زیاد و نسبت گشتاور به وزن بالا بسیار مورد توجه قرار گرفته اند و به همین دلیل روش های کنترلی فراوانی برای کنترل این نوع از موتورها مطرح شده است. ساده ترین روش کنترلی برای کنترل موتورهای جریان مستقیم بدون جاروبک (bldc)، استفاده از کنترلرهای خطی مانند کنترلرهای تناسبی-انتگرالی (pi) است که به دلیل سادگی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از طرف دیگر چون موتورهای bldc ذاتاً سیستمهایی غیر خطی هستند استفاده از کنترلرهای خطی روش مناسبی برای کنترل این موتور نیست. با توجه به پیشرفت تئوری کنترل و ساخت پردازنده های سریع تر، روش کنترل غیر خطی می تواند گزینه ای مناسب برای کنترل موتورهای bldc باشد. به عنوان مثال کنترلرهایی مانند کنترلر تطبیقی، کنترلر مقاوم، کنترلرهای مد لغزشی و کنترلرهای هوشمند می توانند عملکرد موتور bldc را از جنبه های مختلف بهبود دهند. در این روش ها معمولا با فرض اینکه دینامیک موتور و بار کاملا مشخص است و هیچگونه اغتشاش به سیستم وارد نمی شود، به طراحی کنترلر پرداخته می شود. در کاربردهای واقعی همواره اغتشاشات درونی مانند اصطکاک و دینامیک مدل نشده و اغتشاشات بیرونی مانند گشتاور بار بر سیستم وارد می شود که در نظر نگرفتن هر کدام از آنها در طراحی کنترلر ممکن است باعث دور شدن عملکرد کنترلر از اهداف کنترلی از پیش تعیین شده گردد. در این پایان نامه از یک روش جدید که بر مبنای تخمین گر اغتشاش طراحی شده است برای کنترل موتور bldc استفاده می شود. این نوع کنترلر علاوه بر اینکه نسبت به اغتشاشات ورودی مقاوم است، نسبت به تغییرات اینرسی بار نیز کاملاً مقاوم است، به نحوی که تغییر در اینرسی بار تا چندین برابر، عملکرد این کنترلر را مختل نمی کند. در طراحی این نوع کنترلر از پارامترهای بار مانند اینرسی و اصطکاک استفاده نشده است که این موضوع خود باعث می شود عملکرد این نوع کنترلر تقریباً مستقل از پارامترهای بار شود؛ به این معنی که اگر در حین کار میزان اصطکاک و اینرسی چندین برابر شود تغییری در عملکرد کنترلر به وجود نمی آید که از این نظر در میان انواع کنترلرها برتر است. در پایان نتایج شبیه سازی برای بررسی تأثیر تغییر در پارامترهای اصطکاک و اینرسی توسط نرم افزار سیمولینک متلب ارائه شده است.

با گسترش روز افزون مصرف انرژی، نیاز به استفاده از انرژی های نو برای تولید برق، اهمیت ویژه ای پیدا کرده است. یکی از گزینه های اصلی در زمینه ی انرژی های نو، پیل های سوختی هستند. بازده مناسب، عدم آلودگی صوتی و زیست محیطی، قابلیت اطمینان بالا و ساختار ساده از مزایای پیل های سوختی می باشند. البته هزینه طراحی و ساخت پیل های سوختی نسبتاً بالا است که با گسترش استفاده از آن ها می توان هزینه های مربوطه را کاهش داد. یکی از مشکلات پیل های سوختی، ولتاژ متغیر در خروجی به ازای تغییرات جریان کشیده شده از آن است. برای تعیین نقطه کار مشخص باید از مبدل های الکترونیک قدرت استفاده کرد. مبدل های به کار رفته باید بر اساس نیازها و مشخصه های پیل سوختی، طراحی و مورد استفاده قرار گیرند. یکی از موارد مهم در رابطه با پیل سوختی، کشیده شدن جریان صاف از آن است. بنابراین در طراحی مبدل های به کار رفته در پیل های سوختی باید ریپل جریان کشیده شده در محدوده ی مجاز قرار گیرد. از دیگر مشخصه های مبدل های به کار رفته می توان به بهره ی ولتاژ اشاره کرد. برای تولید ولتاژ بالا، به پیل های سوختی با ابعاد بزرگ که هزینه ی بالایی دارند نیاز است. برای کاهش ابعاد و هزینه ها می توان از مبدل های با بهره ی ولتاژ بالاتر استفاده کرد. در فصل اول مقدمه ای در ارتباط با ساختار و عملکرد پیل های سوختی ارائه شده است و لزوم استفاده از مبدل های الکترونیک قدرت برای اتصال پیل سوختی به شبکه مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل دوم انواع مبدل های dc/dc مطالعه شده اند و مزایا و معایب آن ها بررسی شده اند. در فصل سوم مبدل ترکیبی پیشنهادی ارائه شده است و از لحاظ بهره ی ولتاژ، ریپل جریان و ولتاژ، استرس روی کلیدها و تلفات مورد مطالعه قرار گرفته است. روابط تئوری این مبدل در این فصل به دست آمده است. در فصل چهارم نتایج شبیه سازی مبدل پیشنهادی با مبدل بوست ورودی موازی خروجی شناور مقایسه شده است و مزایا و معایب آن مورد بررسی قرار گرفته است. مروری بر نتایج به دست آمده و پیشنهاداتی جهت ادامه ی کار در فصل پنجم ذکر شده است.

امروزه تقاضا برای کیفیت توان به منظور ایمنی تجهیزات الکتریکی و رضایت مصرف کننده ها بسیار افزایش یافته است. یکی از تجهیزاتی که برای بهبود کیفیت توان الکتریکی استفاده می شود، dvr می باشد. dvr اینورتری است که به صورت سری با خطوط شبکه قرار می گیرد. در هنگام تغییر ولتاژ خط، dvr ولتاژی را با دامنه و فاز قابل کنترل، به صورت سنکرون با ولتاژ منبع، توسط ترانسفورماتور، به خط تزریق می کند تا ولتاژ بار را در مقدار ولتاژ مطلوب مبنا حفظ نماید. تعداد زیادی از بارهای تک فاز از منابع سه فاز همراه با سیم نول تغذیه می شوند. این بارها سبب جریان نول زیاد، هارمونیک ها، توان راکتیو زیاد و نیز نامتعادلی می گردند. برای کاهش این مشکلات از تجهیزات جبران کننده چهارسیمه مورد استفاده قرار می-شود. در سیستم های dvr مرسوم، زمانی که سطح ولتاژ لینک dc یا باتری کم است و تغییرات ولتاژ خروجی بالا می باشد، مشکلاتی به وجود می آید. بنابراین باید به منظور دستیابی به سطوح ولتاژ مطلوب به ازای سطوح مختلف ولتاژ ورودی، از ترانسفورماتور در ساختار dvr استفاده نمود. اما مشکل دیگر این است که در فرکانس های پایین (50-60hz)ترانسفورماتور ایزوله کننده معایبی مثل وزن زیاد، اندازه بزرگ و گرانی خواهد داشت. برای غلبه بر مشکلات ترانسفورماتور، می توان از ترانسفورماتور الکترونیک قدرت استفاده نمود. هدف در این پایان نامه، ارائه مدلی از ترانسفورماتور الکترونیک قدرت دوطرفه به همراه dvr برای تغذیه بارهای حساس در یک سیستم توزیع سه فاز چهارسیمه است. در این پایان نامه از یک مبدل سه فاز چهارساقه به عنوان اینورتر، سه ترانسفورماتور تک فاز با سر وسط فرکانس بالا و سه سیکلوکانورتر در خروجی ترانسفورماتور استفاده شده است. هم چنین روش کنترلی به کار رفته، مدولاسیون بردار فضایی سه بعدی می باشد. صحت عملکرد این ساختار با استفاده از شبیه سازی در نرم افزار pscad/emtdc نشان داده شده است.

در این مطالعه، هفت ساختار جدید بر پایه ترکیب اینورترهای چند سطحی سری و اینورترهای چند سطحی با کلیدزنی سری-موازی منابع ولتاژ dc ارائه شده است. در چهار ساختار پیشنهادی فقط از منابع ولتاژ dc و در سه ساختار پیشنهادی از ترکیب منابع ولتاژ dc و خازن ها استفاده شده است. در فصل دوم که به پیشینه تحقیق می پردازد چند نمونه از اینورترهای چند سطحی سری و اینورترهای چند سطحی سری-موازی مورد بررسی قرار گرفته و کلیه روابط حاکم بر آن ها استخراج شده است. همه الگوریتم های ممکن برای تعیین اندازه منابع ولتاژ dc در این ساختارها ارائه شده و ساختارهای بهینه از نظر تعداد کلیدها، تعداد منابع ولتاژ dc و مجموع ولتاژ بلوکه شده توسط کلیدها برای تولید حداکثر تعداد سطوح ولتاژ در خروجی به دست آمده اند. در فصل سوم، هفت ساختار برای اینورترهای چند سطحی بر اساس ترکیب اینورترهای چند سطحی سری و اینورتر چند سطحی با کلیدزنی سری-موازی منابع ولتاژ dc ارائه می شوند. قابلیت موازی شدن منابع ولتاژ dc موجب افزایش جریان دهی اینورتر چند سطحی و قابلیت سری شدن آن ها باعث افزایش سطوح ولتاژ تولیدی می شود. هم چنین اتصال موازی امکان استفاده از خازن به جای منابع ولتاژ dc را بدون نیاز به روش های کنترل ولتاژ خازن ها فراهم می کند. در این فصل، الگوریتم های جدیدی برای تعیین اندازه منابع ولتاژ dc، به منظور تولید تمامی سطوح ولتاژ (زوج و فرد) در خروجی اینورترهای چند سطحی پیشنهادی ارائه شده اند. هم چنین روشی برای تعیین تعداد بهینه کلیدها و منابع ولتاژ dc به منظور دست یابی به حداکثر تعداد سطوح ولتاژ تولید شده در خروجی اینورتر با حداقل ولتاژ بلوکه شده توسط کلیدها ارائه شده و مقایسه ای بین ساختارهای پیشنهادی و دیگر ساختارهای مرسوم برای اینورترهای چند سطحی انجام شده است. در فصل چهارم، تلفات دو نمونه از ساختارهای پیشنهادی با کلیدزنی خازنی بر حسب تابعی از تعداد سطوح ولتاژ خروجی محاسبه شده است. هم چنین زمان هدایت و زمان روشن و خاموش شدن همه کلیدها بر حسب تابعی از تعداد سطوح ولتاژ خروجی به دست آمده است. محاسبات تلفات شامل تلفات کلیدزنی، تلفات ناشی از ریپل ولتاژ خازن ها، تلفات هدایتی خازن ها و تلفات هدایتی کلیدها می باشد. محاسبات مذکور برای روش کلیدزنی فرکانس پایه انجام گرفته است. در این فصل، تعاریف مربوط به تلفات کلیدزنی، تلفات ناشی از ریپل ولتاژ خازن ها، تلفات هدایتی خازن ها و تلفات هدایتی کلیدها بیان شده اند. نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی به منظور بررسی عمل کرد ساختارهای پیشنهادی برای تولید سطح ولتاژ و فرکانس معین در خروجی در فصل پنجم ارائه شده اند. نتایج شبیه سازی شامل شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی برای بارهای مختلف، thd ولتاژ و جریان، شکل موج ولتاژ قسمت های مختلف مدار و ولتاژ بلوکه شده توسط کلیدها می باشد. نتایج آزمایشگاهی شامل شکل موج های ولتاژ خروجی، جریان خروجی و ولتاژ قسمت های مختلف مدار می باشد. ارزیابی نتایج به دست آمده در این مطالعه و رئوس مطالعات آتی در فصل ششم ارائه شده است.

در این پایان نامه دو ساختار جدید برای اینورترهای چند سطحی پیشنهاد شده است. در مرجع [23] یک اینورتر سه فاز ارائه شده است که برای کاربرد در درایو ماشین های الکتریکی مناسب است. بر خلاف اینورتر پل h سری شده، این ساختار بر اساس سری کردن سلول های قدرت کار می کند که این سلول های قدرت خود از دو پایه سری تشکیل می شوند. در این پایان نامه به منظور تولید حداکثر تعداد سطوح ولتاژ در خروجی اینورتر ارائه شده در [23] با تعداد کلید کم تر، سه الگوریتم جدید برای تعیین اندازه منابع ولتاژ dc پیشنهاد شده است. سپس ساختار جدیدی پیشنهاد شده است که ترکیبی از مالتی سل ارائه شده در [23] و پل h سری شده می باشد. اندازه مقادیر منابع dc در این ساختار جدید با استفاده از سومین الگوریتم پیشنهادی تعیین شده است. هم چنین در این پایان نامه، ساختار پایه جدید دیگری برای اینورترهای چند سطحی پیشنهاد شده است. دومین اینورتر پایه پیشنهاد شده شامل یک واحد اصلی و یک مبدل تمام پل می باشد. سپس یک ساختار گسترش یافته پیشنهاد و سه روش برای تعیین منابع ولتاژ dc این ساختار گسترش یافته ارائه شده است. ساختار ارائه شده از نظر تعداد کلیدها، تعداد منابع ولتاژ dc بررسی شده و روابط حاکم بر این ساختار استخراج شده است. با به دست آوردن روابط حاکم بر اینورتر چند سطحی گسترش یافته پیشنهادی، تعداد بهینه کلیدها و منابع ولتاژ dc به منظور دست یابی به ماکزیمم تعداد سطوح ولتاژ تولید شده در خروجی اینورتر پیشنهادی محاسبه شده است. ساختارهای پیشنهادی اینورترهای چند سطحی از نظر تعداد igbtهای مورد نیاز، سطوح ولتاژ خروجی، گیت های راه انداز، منابع ولتاژ dc، تنوع دامنه منابع ولتاژ dc و مقدار ولتاژ بلوکه شده روی کلیدها با برخی از ساختارهای مرسوم اینورتر چند سطحی مقایسه شده و نتایج این مقایسه بررسی شده است. در آخر عملکرد و کارائی اینورترهای چند سطحی پیشنهادی توسط نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی تأئید شده است.

چکیده در میان محرک? ماشین های الکتریکی، موتورهای سنکرون مغناطیس دائم (pmsm) اهمیت بیش تری در سال های اخیر پیدا کرده اند. اختراع مواد مغناطیسی با کارایی بالا، موجب پیشی گرفتن قابلیت های عملکردی این موتور نسبت به موتورهای مرسوم دیگر شده است. با مجهز شدن به یک استراتژی کنترلی مناسب، محرک? pmsmها در بسیاری از کاربردهای ماشین های سرعت متغیر صنعتی، تجاری و خانگی برتری داشته اند. به طور کلی، این محرکه در کاربردهای صنعتی بسیار مناسب می باشد که دلیل این امر امتیازات زیاد این موتور از جمله: چگالی توان بالا، وزن کم و حجم کوچک، بازده بالا، ظرفیت تولید گشتاور بالا، میزان شتاب بالا و غیره می باشد. عمده ترین مشکل موتورهای مغناطیس دائم هزینه بالای مغناطیس های دائم استفاده شده در این موتورها است. با توجه به امتیازات ذکر شده برای محرکه های pmsm و کاربرد بیش تر این نوع موتورها، باید مدار کنترلی این محرکه ها نیز به صورت بهینه و مقرون به صرفه طراحی شود. دست یابی به یک ساختار مناسب و بهینه و یک روش کنترلی بهینه در این موتورها از اهمیت بالایی برخوردار است. همچنین، پارامترهای کنترلی اصلی در این محرکه ها از قبیل: سرعت، جریان و گشتاور باید به خوبی و مقاوم کنترل شوند. در این پایان نامه سه روش کنترلی پپیشنهاد شده است. اولین روش کنترلی بر مبنای کنترل برداری غیر مستقیم dc پیشرفته بر اساس جدول look upو با در نظر گرفتن محدودیت لازم برای جلوگیری از اشباع کنترل کننده جریان است. دومین روش کنترلی، کنترل برداری بدون سنسور بر مبنای تخمین گر سیستم تطبیقی مدل رفرنس (mras) با استفاده از مدولاسیون بردار فضایی به منظور پیشنهاد یک روش بهینه اقتصادی است و سومین روش پیشنهادی، روش کنترل جریان بر مبنای شکل دهنده انرژی بر پایه کنترل برداری موتورهای pmsm و به منظور عملکرد موتور در رنج وسیع سرعت متغیر و کنترل موتور در ناحیه گشتاور ثابت و توان ثابت می باشد که با روش کنترل جریان مرسوم به منظور ایجاد یک روش بهینه مقایسه شده است. ماشین های سنکرون مغناطیس دائم در حقیقت ماشین های مغناطیس دائم بدون جاروبک (pmbl) هستند که در حالت کلی، عموماً به ماشین های با نیروی ضدمحرکه سینوسی و ماشین های با نیروی ضدمحرکه ذوزنقه ای تقسیم بندی می شوند. هم چنین مطابق با استراتژی کنترلی به ماشین های جریان مستقیم بدون جاروبک (bldc) و ماشین های جریان متناوب بدون جاروبک (blac) یا همان pmsm تقسیم بندی می گردند. در ماشین های bldc شکل موج جریان فازها شبه مربعی و در ماشین های pmsm شکل موج جریان فازها سینوسی است. در حالت ایده آل به منظور افزایش چگالی گشتاور و کاهش ریپل گشتاور مطلوب است که ماشین bldc با شکل موج نیروی ضدمحرکه ذوزنقه ای و ماشین pmsm با نیروی ضدمحرکه سینوسی عمل کنند. جاروبک ها مهم ترین مشکل ماشین های dc معمولی هستند. اصطکاک بین کموتاتور و جاروبک باعث ساییده شدن و در نتیجه کاهش عمر و قابلیت اطمینان موتور می گردد. مشکل جدی دیگر این موتورها تلفات آن ها است. این تلفات که شامل تلفات آهنی و مسی است باعث ایجاد حرارت در روتور ماشین می گردد که باید به شکل مناسبی خنک کاری روی آن انجام گیرد. اگر بتوان آرایش موتور را به گونه ای تغییر داد که حرارت در استاتور بیرونی تولید گردد، حرارت به سادگی به خارج از موتور انتقال خواهد یافت و در نتیجه اندازه موتور کوچکتر خواهد شد. با حذف جاروبک ها نیز مشکل سایش کموتاتور و جاروبک ها حل خواهد شد. با غلبه بر این مشکلات، ماشین های سنکرون مغناطیس دائم پا به عرصه رقابت با دیگر ماشین های الکتریکی گذاشته اند. pmsmها با توجه به قابلیت های بسیار زیادی که دارند مورد توجه همه صنایع قرار گرفته اند به طوری که از بین محرکه های موجود به عنوان رقیب اصلی محرکه های القایی وارد رقابت برای به کارگیری در سیستم محرکه تجهیزات صنعتی شده اند. دلایل اصلی بکارگیری این محرکه ها استفاده از تحریک مغناطیس دائم بجای سیم پیچ های تحریک است که این محرکه ها را ذاتاً دارای بازده بالایی کرده است. از طرف دیگر، استفاده از مغناطیس های دائم باعث کاهش وزن و حجم روتور در رنج توان خروجی یکسان با دیگر موتورها شده و بنابراین موتور چگالی توان بالاتری خواهند داشت. همچنین تلفات مسی سیستم تحریک حذف شده و بازده افزایش پیدا کرده است. حرارت فقط در استاتور تولید می گردد و دفع آن راحت تر انجام می گیرد. همچنین بسیار به ندرت اتفاق می افتد که مغناطیس های دائم دارای عیب ساختمانی باشند و یا از نقص مکانیکی خسارت ببینند و این موضوع باعث افزایش قابلیت اطمینان این موتور نسبت به دیگر موتورها می شود. عمده ترین مشکل محرکه های مغناطیس دائم هزینه بالای مغناطیس های دائم استفاده شده در این موتورها است. با توجه به امتیازات ذکر شده برای محرکه های pmsm و کاربرد بیشتر این ها، باید مدار کنترلی این محرکه ها نیز بصورت بهینه و مقرون به صرفه طراحی شود. همچنین، پارامترهای کنترلی اصلی در این محرکه ها از قبیل: سرعت، جریان و گشتاور باید به خوبی و مقاوم کنترل شوند. برای به دست آوردن گشتاور ثابت در این محرکه ها، با فرض نیروی ضدمحرک? کاملاً سینوسی موتور، اغلب کنترل چرخش میدان (foc) با رفرنس های جریان ثابت در رفرنس فریم سنکرون استفاده شده است. اما در حالت کلی، برای رسیدن به پاسخ دینامیکی سریع برای گشتاور و عمکرد با کارایی بالای محرکه، معمولاً pmsmها با کنترل کننده های جریان و گشتاور با کارایی بالا استفاده می شوند. در این پایان نامه بیشتر تمرکز بر روی طراحی یک محرکه بهینه و مقرون به صرفه اقتصادی بری موتورpmsm گذاشته شده است. همچنین کنترل جریان و گشتاور موتور برای کاهش ریپل شکل موجهای خروجی موتور نیز کار خواهد شد. از آنجا که در روشهای ارائه شده در سالهای اخیر بعضی نواقص از جمله بالا بودن ریپل جریان و گشتاور، حساس بودن کنترلر به پارامترهای موتور، رنج محدود عملکرد سرعت موتور و ... دیده می شود به این دلیل سعی بر آن شده که کنترلر هایی که طراحی می شود تا حد امکان این نواقص و محدودیت ها را رفع کند. برای تائید عملکرد سیستم های پیشنهادی نیز در این پایان نامه از نرم افزار matlab و در صورت نیاز از سایر نرم افزارهای مهندسی برق برای شبیه سازی استفاده خواهد شد.

گسترش شبک? قدرت به مناطق دوردست و صعب العبور نه تنها از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست بلکه گاه از نظر تکنولوژیکی نیز مقدور نمی باشد. لذا نیاز به سیستم های قدرت مجزا از شبکه لازم و ضروری است. در بسیاری از کاربردها، از دست دادن تغذیه بار قابل قبول نمی باشد. برای رسیدن به این مطلوب یعنی عدم از دست دادن تغذیه بار، در سیستم شامل مولد های فتوولتاییک و بادی و برای تامین مستمر توان بار، به یک منبع دیگر انرژی نیازمند هستیم. پس می توان گفت که در یک سیستم هیبرید، چندین مولد و ذخیره کننده انرژی برای تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز یک منطقه دوردست، روستایی و یا یک واحد دور از شبکه با هم ترکیب می شوند. در بسیاری از نواحی جهان، طبیعت نوسانی تابش خورشید و سرعت باد باعث می شود که برای استفاده از مولد های توان pv و توربین های بادی به صورت مجزا از شبکه به واحدهای بزرگ و گران قیمت نیاز داشته باشیم. یکی از روشهای موجود برای حل مسئله، ترکیب واحدهای pv و توربین های بادی با منابع دیگر انرژی همچون دیزل ژنراتورها، پیل های سوختی و یا باتری های پشتیبان است. استفاده از دیزل ژنراتور تولید توان به طور مستمر را تضمین می کند. با این وجود دیزل ژنراتورها چندین عیب مهم دارند که از آن جمله می توان به پر سر و صدا بودن و تولید گازهای آلاینده اشاره کرد، همچنین پشتیبانی دیزل ژنراتورها وقتی منطقی خواهد بود که رنج توان تولیدی زیاد باشد. پیل های سوختی با داشتن راندمان خوب، پاسخ بار مناسب، تولید شدن به صورت ماجول و انعطاف پذیری سوخت گزین? جالب و کارا برای ترکیب با مولد های pv هستند. قابلیت های پیل سوختی باعث شده است که بتواند به همراه pv و توربین های بادی برای کاربردهای متصل به شبکه و نیز مجزا از شبکه مورد استفاده قرار بگیرد. باتری ها به عنوان پشتیبان و علی رغم داشتن قابلیت های خوبی چون پاسخ دهی سریع، قابلیت ماجول شدن و نیز انعطاف پذیری نمی توانند به مدت نامحدودی برای پشتیبانی از pv ها و توربین های بادی الکتریسیته تولید کنند. در این پایان نامه هدف ، ارائه یک الگوریتم مدیریت توان جامع برای سیستم های هیبریدی تولید توان الکتریکی wind /pv / fc / battery که به صورت منفصل از شبکه هستند ، می باشد که در آن توان خروجی هر منبع با توجه به توان بار در شرایط محیطی تعیین می شود. در این سیستم ، لازمه مدیریت توان ، تعیین سایز منابع ورودی می باشد که در این پایان نامه در قدم اول به آن پرداخته می شود.در تعیین سایز منابع ورودی دو هدف می تواند در نظر گرفته شود : 1- بحث قابلیت اطمینان 2- بحث هزینه . در این پایان نامه با توجه به نیاز ، یکی از موارد یا هر دو مورد استفاده قرار خواهد گرفت . در این پایان نامه منبع توان ورودی در یک لینک dc مستقل می باشد و بار مستقل از شبکه نیز به لینک ac متصل است . در این ساختار ، منابع تولید توان wind وpv به عنوان منابع اصلی تولید توان می باشند و fc و باتری به عنوان سیستم backup یا پشتیبان هستند. با توجه به الگوریتم پیشنهادی در این پایان نامه ، مدهای مختلف عملکرد برای سیستم تعریف می شود و سیستم با توجه به شرایط محیطی و میزان بار ، تصمیم به کار در یکی از این مدهای کاری می کند . در این پایان نامه از نرم افزار pscad و homerبرای شبیه سازی سیستم تحت بارهای مختلف و بررسی مدهای مختلف عملکرد الگوریتم مدیریت توان وبهینه سازی هزینه استفاده خواهد شد .

رله های دیستانس برای حفاظت اصلی و یا پشتیبان خطوط انتقال انرژی به کار گرفته می شوند. برای حفاظت خطوط انتقال بلند معمولا رله های دیستانس به عنوان حفاظت اصلی و رله های اضافه جریان به عنوان حفاظت پشتیبان استفاده می شوند. نواحی حفاظتی دوم و سوم رله دیستانس نیز با یک فاصله زمانی مناسب برای حفاظت اولیه قسمتی از خط اصلی و حفاظت پشتیبان قسمتی از خطوط مقابل به کار گرفته می شوند. با توجه به اینکه در این نوع رله، امپدانس از محل رله تا محل اتصال کوتاه اندازه گیری میشود و این امپدانس به فاصله میان رله و محل اتصال بستگی دارد، این نوع حفاظت با عنوان حفاظت دیستانس شناخته میشود. برای حالات متعددی که حفاظت دیستانس در مواجهه با آنها ممکن است عملکرد صحیح نداشته باشد، همانند کاربرد در خطوط چند مداره، خطوط چند ترمیناله، بروز نوسان توان و موارد دیگر، تاکنون کارهای تحقیقاتی متعددی انجام شده و نتایج این تحقیقات منجر به اصلاح حفاظت مرسوم دیستانس با استفاده از روش های پایلوت و یا غیرپایلوت شده است. امروزه با معرفی و کاربرد رله های دیجیتال، زمینه برای معرفی الگوریتمهای تطبیقی و هوشمند برای حفاظت دقیق و جامع تر سیستم های قدرت فراهم شده است. یکی از مواردی که منجر به بروز مشکل در عملکرد حفاظت دیستانس مرسوم می شود، عدم قطعیت مقدار توان عبوری از خط انتقال در حالت کار عادی شبکه و نیز در حالت بروز اتصال کوتاه می باشد، (عدم قطعیت در تغذیه اتصال کوتاه از منابع مختلف). عدم قطعیت توان عبوری از خط انتقال می تواند دلایل متعددی داشته باشد، همانند از مدار خارج شدن ژنراتورها و یا قطع یک یا تعدادی از خطوط انتقال مجاور، به دلیل بروز اتصال کوتاه روی آنها (غیر عمدی)، و یا به علت تعمیرات (عمدی)، که تعداد زیادی از این موارد طبیعت تصادفی دارند. در حالت کلی تاثیر عدم قطعیت توان عبوری از خط انتقال میتواند در دو حالت عملکرد رله دیستانس را دچار مشکل سازد، یکی در حالت عملکرد عادی که اتصال کوتاهی در شبکه وجود ندارد و رله برای عبور توان در محدوده مشخصی از خط انتقال تنظیم شده باشد، ولی توان در عمل برای مدتی بیشتر از آن محدوده مشخص از خط انتقال عبور کند، در این حالت این امکان وجود دارد که رله های دیستانس خطوط مجاور، توان عبوری از خط را در ناحیه حفاظتی سوم دیده و اشتباها عمل کنند. در حالت دوم، در زمان بروز اتصال کوتاه ، اثر تغذیه اتصال کوتاه از منابع متعدد با جریان های دارای عدم قطعیت میتواند باعث عملکرد اشتباه رله دیستانس شود. علاوه بر بحث توان عبوری، عدم قطعیت در دیگر پارامترهای موثر روی امپدانس دیده شده رله دیستانس همانند مقاومت خطا، خطای اندازه گیری و ... نیز در عملکرد صحیح رله دیستانس تأثیر گذار هستند. روش مورد استفاده برای اصلاح حفاظت سیستم های قدرت در حضور عدم قطعیت توان عبوری خط انتقال، بر اساس قابلیت رله های میکروپروسسوری مدرن خواهد بود. همچنین در کنار استفاده از رله های میکروپروسسوری با سرعت بالا و قابلیت برنامه ریزی ساختار یافته، در صورت نیاز ابزارهای اندازه گیری سنکرون شده زمانی دقیق و نیز شبکه های مخابراتی پیشرفته برای دقت و سرعت بیشتر راه کار حفاظتی پیشنهادی، مورد استفاده قرار میگیرند. به کارگیری ابزارهای مذکور با توجه به تکنولوژی روز مورد استفاده در سیستم حفاظت کشورهای پیشرفته توجیه پذیر میباشد. در پایان این تحقیق انتظار میرود الگوریتم مناسبی برای تنظیم رله دیستانس در حضور عدم قطعیت های موثر روی این نوع حفاظت حاصل گردد.

در بسیاری از کاربردها نظیر سیستم های تولید انژی توزیع شده و انرژی های تجدید پذیر نیاز به ولتاژ dc بالاتری نسبت به ولتاژ منبع ورودی می باشد لذا ضرورت استفاده از مبدل هایdc-dc با در نظرگرفتن مقدار بازده آن هرچه بیشتر نمایان می شود. از روش های متداول به منظور افزایش ولتاژ استفاده از مبدل های افزایشی می باشد که با توجه به عدم ایزولاسیون الکتریکی از قابلیت اطمینان کمتری برخوردار می باشند. این مشکل با استفاده از ساختار مبدل امپدانسی بر طرف می گردد. این مبدل دارای قابلیت (1) افزایش ولتاژ (2) بافر حفاظتی میان بار و منبع انرژی می باشد. از مزیت های دیگر این مبدل در مقایسه با مبدل های افزایشی متداول ، بهره ولتاژ dc ورودی به خروجی بالاتر برای همان نسبت سیکل کاری، جداسازی بار و منبع از یکدیگر در مواقع اتصال کوتاه در طرف بار و همچنین فیلتر خروجی مرتبه دوم می باشد. در این پایان نامه هدف آنلیز و بررسی مدهای کاری مختلف در مبدل منبع امپدانسی، محاسبه مقدار اندوکتانس بحرانی و ریپل ولتاژ خروجی می باشد. همچنین در حالت هدایت پیوسته پروسه انتقال انرژی با توجه به حداقل جریان سلف و جریان خروجی به دو قسمت تقسیم می شود. شبیه سازی مدهای مختلف کاری مبدل منبع امپدانسی با استفاده از نرم افزار pscad صورت گرفته است.

در دو دهه اخیر سیستم های تولید پراکنده بر مبنای منابع انرژی های تجدیدپذیر بسیار گسترش پیدا کرده اند. برخی از سیستم های انرژی های نو مانند سیستم های فوتوولتائیک و پیل های سوختی قادر به ساختن اندازه ولتاژ مطلوب ac برای تزریق توان به شبکه و یا کاربردهای ac دیگر نیستند زیرا دارای ولتاژ dc خروجی پائینی می باشند. در بعضی از کاربرد ها می توان با سری کردن منابع dc ورودی، همچون سری کردن سلول های خورشیدی، سطح ولتاژ خروجی را به مقدار لازم افزایش داد ولی هزینه های عملیاتی این کار نسبتا بالا می باشد. به این دلیل جهت افزایش سطح ولتاژ خروجی از مبدل های dc/dc با بهره بالا در اینگونه منابع استفاده می شود، که دارای بهره بالا، بازده زیاد و مخصوصا حجمی کوچکتر در مقایسه با روش های گذشته است. در این مطالعه به بحث و بررسی یک نوع جدید مبدل فوق افزاینده dc/dc پرداخته شده است. مکانیزم عملکرد این مبدل بر مبنای سلف تزویج و خازن های افزاینده ولتاژ می باشد. از جمله مزایای این ساختار، استفاده مناسب از خواص القایی و ظرفیتی عناصر پسیو، داشتن تنها یک کلید الکترونیک قدرت، تکنیک شارژ موازی و دشارژ سری خازن ها و کاهش مشکل بازیابی معکوس دیود ها می باشد، علاوه بر آن مدل تعمیم یافته مبدل پیشنهادی نیز ارائه شده است. لازم به ذکر است به منظور بررسی صحت عملکرد ساختار پیشنهادی از محیط نرم افزار شبیه سازی pscad/emtdcاستفاده شده است و علاوه بر آن یک نمونه عملی در رنج آزمایشگاهی ساخته شده است.

نظر به اهمیت مبدل های dc-dc دوطرفه در کاربردهایی نظیر تولید پراکنده توان، انرژی های تجدیدپذیر و میکروشبکه ها، امروزه تحقیقات وسیعی در حوزه مبدل های dc-dc در حال انجام است بطوریکه در سال های اخیر ساختارهای مختلف و کاربردهای متفاوت برای این نوع مبدل ها ارائه شده است. این رساله نیز به ارائه یک نمونه مبدل dc-dc مادولار دوطرفه با ایزولاسیون الکتریکی پرداخته است. مبدل پیشنهادی این رساله با استفاده از دو پل مادولار که از طریق ترانسفورماتورهای فرکانس بالا بهم دیگر متصل شده اند تشکیل یافته است. اندوکتانس نشتی ترانسفورماتورهای بکار رفته همراه با اندوکتانس های کمکی خارجی به عنوان ذخیره سازهای انرژی برای انتقال توان از یک سمت مبدل به سمت دیگر آن عمل می کنند. ظرفیت انتقال توان بالا یکی از مزیت های مهم مبدل پیشنهادی است که آن را برای کاربردهای مختلفی مستعد می سازد. مبدل پیشنهای قابلیت انتقال دوطرفه توان را تنها با استفاده از تنظیم پس فازی و پیش فازی زاویه شیفت فاز بین دو شکل موج مربعی تولید شده در دو پل مادولار واقع در دو سمت مبدل دارد. با توجه به تعداد زیاد کلیدهای قدرت بکار رفته در ساختار مادولار مبدل و همچنین ظرفیت توان انتقالی بالای آن، کلیدزنی ولتاژ صفر می تواند کاهش قابل ملاحظه ای در تلفات و در نتیجه افزایش بازده مبدل فراهم آورد. به همین دلیل بعد از مطالعه حالت دائمی مبدل پیشنهادی، بررسی کاملی روی شرایط کلیدزنی ولتاژ صفر مبدل انجام یافته است. در ادامه مبدل پیشنهادی با دو نمونه از ساختار های مشابه قبلی مقایسه شده است. نتایج مقایسه نشان می دهند که مبدل پیشنهادی در چند مورد باعث بهبود مشخصات و عملکرد نسبت به ساختارهای قبلی شده است. ترانسفورماتورهای فرکانس بالا و اندوکتانس های خارجی کمکی عناصر مغناطیسی مبدل هستند که نقش مهمی در عملکرد آن دارند به همین دلیل طراحی عناصر مغناطیسی مبدل نیز در رساله ارائه شده است. با توجه به اینکه در روش های مرسوم متوسط گیری فضای حالت از ریپل ولتاژ خازن و جریان سلف مبدل صرفنظر می شود و به دلیل اینکه جریان عبوری از ترانسفورماتور و اندوکتانس های کمکی مبدل پیشنهادی از نوع ac خالص هستند بنابراین نمی توان از چنین روش هایی برای مدلسازی مبدل پیشنهادی استفاده نمود. روش متوسط گیری تعمیم یافته که در آن از تعداد بیشتری از مولفه های سری فوریه متغیرهای حالت برای بسط متغیرها استفاده می شود، برای مدلسازی مبدل پیشنهادی استفاده شده است. در ادامه مدل سیگنال کوچک مبدل مادولار پیشنهادی استخراج و پاسخ دینامیکی آن بررسی شده است و همچنین کنترل کننده pid برای افزایش حاشیه پایداری و بهبود پاسخ های حالت گذرا و حالت دائمی مبدل طراحی شده است. کاربرد مبدل به عنوان واسط مبادله توان بین یک میکروشبکه dc بر پایه منبع تولید توان pv و یک شبکه توزیع dc معرفی شده است. بهره برداری از میکروشبکه که از طریق مبدل پیشنهادی به شبکه توزیع dc متصل است در چند مد عملکردی مختلف تعریف شده است. با توجه به اینکه مبدل پیشنهادی از طریق تنظیم زاویه شیفت فاز جهت و اندازه توان انتقالی را تعیین می کند، مبادله توان بین میکروشبکه و شبکه توزیع dc براحتی صورت می پذیرد. برحسب مدهای عملکردی میکروشبکه استراتژی مدیریت توان برای میکروشبکه موردنظر طراحی شده است. جهت بررسی صحت مباحث تئوری مطرح شده، مبدل پیشنهادی با استفاده از نرم افزار pscad شبیهسازی شده و همچنین یک نمونه عملی آزمایشگاهی آن پیادهسازی شده است. با استفاده از نتایج شبیه سازی و اندازهگیریهای عملی اصول عملکرد مبدل تأیید شده است. عملکرد دینامیکی مبدل و کنترل کننده طراحی شده برای مبدل با استفاده از نرم افزار کامپیوتری شبیه سازی شده است. در این شبیه سازی پاسخ دینامیکی مبدل کنترل شده به افزایش و کاهش مصرف توان در سمت ثانویه مبدل و همچنین کاهش ولتاژ سمت اولیه مبدل بررسی شده است. در نهایت عملکرد مبدل مادولار پیشنهادی به عنوان واسط انتقال توان بین میکروشبکه dc بر پایه pv و شبکه توزیع dc از طریق شبیه سازی کامپیوتری مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی برای گذار عملکرد میکروشبکه از یک مد عملکردی به مد عملکرد دیگر استخراج شده است تا قابلیت های سیستم کنترلی بکار گرفته شده و استراتژی مدیریت توان موردنظر و همچنین نقش مبدل پیشنهادی در مبادله توان بین میکروشبکه dc و شبکه توزیع dc مشخص گردد.

امروزه سیستم های تولید توان با استفاده ازpv در دو ناحیه تجاری و مسکونی عمومیت زیادی یافته است. در اکثر موارد، اینورتر ها برای تغذیه توانpv به داخل شبکه استفاده می شوند. لذا بالا بودن راندمان اینورترهای pv، با توجه به قیمت نسبتآ زیاد پنل ها از اهمیت زیادی برخوردار است. یک روش برای بالا بردن راندمان، استفاده از اینورترهای بدون ترانسفورماتور است. با توجه به این که از ترانسفورماتور برای ایجاد ایزولاسیون استفاده می شود. لذا با حذف آن، جریان نشتی زمین مشترک، به علت ظرفیت پارازیتی بین پنل pvو زمین، ظاهر می شود. وجود جریان نشتی، باعث افزایش تلفات سیستم، کاهش کیفیت جریان شبکه و کاهش کارایی اینورتر و راندمان می شود و هم چنین سازگاری الکتریکی و مغناطیسی را بدتر می کند و مهم تر این که تهدید های ایمنی را افزایش می دهد. برای حذف جریان های نشتی در سیستم های pv بدون ترانسفورماتور، ساختار ها و روش های کلید زنی متعددی ارائه شده که هر کدام دارای معایبی از جمله وجود جریان نشتی می باشند. در یک روش، برای حل این مشکل، از مفهوم باسdc مجازی استفاده شده است. در این روش با اتصال مستقیم خط نول شبکه به قطب منفی باس dc، ظرفیت پارازیتی بین پنل هایpv و زمین از بین می رود. در نتیجه جریان نشتی بطور کامل متوقف می شود. مفهوم باس dc مجازی با تکنولوژی خازن کلید شده تحقق یافته که شامل پنج کلید قدرت، دو خازن و یک فیلتر سلفی می باشد. در این پایان نامه با ارائه ساختار چند سطحی برای اینورتر و روش کنترلی مناسب ، علاوه بر حذف جریان نشتی ، عملکرد اینورتر بهبود می یابد. برای دستیابی به حداکثر توان منبع pvاز الگوریتم icاستفاده می شود. اهداف کنترلی توسط سیستم کنترل و با استفاده از متغیر¬های کنترلی که مثلآ در مبدل افزاینده، دیوتی¬سایکل آن و در اینورتر می¬تواند شیفت فاز و ضریب مدولاسیون باشد، به سیستم اعمال می¬شود. به¬منظور بررسی کارایی اینورتر در حالت اتصال به pv و تصدیق عملکرد سیستم کنترلی، مدار در این حالت شبیه¬سازی می¬شود.

یکی از سری مشکلات توربین های بادی نوسان سرعت باد می باشد که باعث نوسان توان تولیدی ژنراتور بادی می گردد و موجب پایین آمدن کیفیت توان در سیستم های قدرت می شود. بنابراین یک سیستم ذخیره ساز انرژی برای بهبود کیفیت توان در شبکه نیاز است تا نوسانات توان تزریقی به شبکه را کاهش دهد. سیستم ذخیره سازی انرژی توسط flywheel یا به اختصار fess به خاطر ویژگی هایی که دارد یک انتخاب مناسب برای بهبود کیفیت و کاهش نوسانات توان تزریقی به شبکه می باشد. طول عمر بالا، تعداد دفعات شارژ و دشارژ نامحدود، راندمان خوب، ظرفیت ذخیره سازی انرژی بالا وتطبیق پذیری بهتر آن با توربین های بادی از ویژگی های fess است که امروزه صنعت به سوی آن پیش می رود. fess از دو قسمت مبدل الکترونیک قدرت و ماشین الکتریکی(موتور/ژنراتور) تشکیل شده است. ماشین الکتریکی وظیفه به حرکت در آوردن flywheel را بر عهده دارد ومبدل الکترونیک قدرت وظیفه درایو کردن ماشین، زمانی که ماشین در مود موتوری است و وظیفه کنترل ولتاژ و فرکانس تولیدی ماشین، زمانی که ماشین در مود ژنراتوری است را برعهده دارد. در این مطالعه ترکیب جدیدی از سیستم کنترلی چند سطحی برای fess ارائه می شود که سیستم fess به همراه توربین بادی متصل به ژنراتور القایی به بار محلی وصل می باشد. همچنین بار محلی توسط شبکه ای به باس بی نهایت متصل است. هدف کاهش نوسانات توان اکتیو خروجی ژنراتور بادی، زمانی که سرعت باد متغیر می باشد، است. همچنین کنترل توان راکتیو(اصلاح ضریب توان-کنترل ولتاژ) در باس خروجی مربوط به fess وژنراتور بادی مدنظر است. در واقع با ثابت نمودن توان اکتیو خروجی مجموعه ای ژنراتور بادی و fess ،کیفیت توان تزریقی بهبود می یابد.

به دلیل آزاد سازی صنعت برق و مسائل زیست محیطی تعداد منابع انرژی تجدید پذیر متصل به شبکه عمومی به طور قابل توجهی در حال افزایش است. در میان این منابع تجدید پذیر? فن آوری فتولتائیک(pv) ? به عنوان یکی از مهمترین منابع? نقش مهمی را در آینده تولید برق ایفا می کند. در گذشته منابع فتوولتائیک معمولا ً در برنامه های کاربردی جدا و مستقل? مورد استفاده قرار می گرفت. در حال حاضر? تمایل به اتصال سیستم های فتوولتائیک به شبکه عمومی برق و فروش برق تولید شده از سیاست دولت ها می باشد.اتصال منابع تجدید پذیر به شبکه? زمانی که اختلالات الکتریکی ظاهر می شود? بر روی سیتم فتوولتائیک اثرات منفی می گذارد. یکی از چالش برانگیزترین اختلالات? کاهش ولتاژ موثر(rms) شبکه در یک یا چند فاز است? که به عنوان فلش ولتاژ شناخته می شود. منابع مختلف فلش ولتاژ عبارتند از: اتصال کوتاه بین فازها و یا فاز و زمین ? اضافه بار? راه اندازی موتورها و غیره. برخی استانداردهای بین المللی در تنظیم رفتار منابع تجدید پذیر متصل به شبکه وجود دارد . مطابق با این استانداردها ? منابع فتوولتائیک باید در هنگام فلش ولتاژ? بالاتر از اندازه و مدت زمان معین? در حالت متصل به شبکه باقی بماند. در طول فلش ولتاژ تک فاز یا چند فاز? ولتاژ در نقطه اتصال مشترک (pcc) کاهش می یابد و به منظور حفظ مقدار توان تزریقی در شرایط اسمی? جریان های جاری شده توسط منابع فتوولتائیک باید افزایش یابند. بنابراین سیستم فتوولتائیک می تواند به عنوان یک منبع جریان با قابلیت اطمینان بالا عمل کند که باید تمام توان تولید شده را به شبکه تزریق کند. این منبع باید با توجه به استانداردها قادر باشد که جریان های بزرگ ناشی از فلش ولتاژ موقتی را نادیده بگیرد و به تغذیه شبکه ادامه بدهد . در سیستمهای دارای تکنولوژی پیشرفته دو راه اصلی برای کاهش مشکلات ناشی از فلش ولتاژ وجود دارد : باز سازی ولتاژ و کاهش جریان اضافی. در زمان تغذیه بارهای بحرانی از dvr و همچنین از مبدل هایac-ac برای جبران ولتاژ استفاده می شود? اما به طور کلی آنها برای بازیابی طولانی مدت فلش ولتاژ نیاز به مقدار زیادی انرژی ذخیره شده دارند. در این مطالعه سعی شده است با بررسی ساختارهای کنترلی مختلف مبدل های متصل به شبکه برای فن آوری فتوولتائیک و ارائه روش کنترلی و ساختار مناسب? عملکرد اینورتر متصل به شبکه را بهبود بخشید.

امروزه لزوم کیفیت برق تولیدی، هم از دیدگاه تولیدکنندگان و هم از منظر مصرف¬کنندگان، امری اجتناب ناپذیر و مهم تلقی می شود؛ زیرا شرکت¬ها و کارخانه¬ها ی مصرف¬کننده انرژی الکتریکی بر این باورند که تحویل برق با کیفیت، هم در چرخه ی تولید کارخانه نقش بسزایی دارد و هم از آسیب پذیری و خرابی دستگاه¬ها و تجهیزات کارخانه جلوگیری می کند. از این رو شرکت¬های تولیدکننده برق، تولید با کیفیت را سرلوحه ی کار خود قرار داده¬اند. بدین ترتیب،کیفیت برق تولیدی و عوامل دخیل در آن، در قالب مبحثی با عنوان «کیفیت توان» شایان تحلیل و بررسی است. در این پایان¬نامه راهکارهای بهبود متناسب با نیازهای جبران¬سازی شبکه ارائه می¬گردد. ابتدا نحوه¬ی اندازه گیری پارامترها مطرح سپس استانداردهای موجود در وزارت نیرو بررسی می¬گردد. طبق نقاط اندازه¬گیری شده¬ی شبکه¬ی توزیع شهرک صنعتی اشتهارد، اعوجاجات هارمونیکی بالای جریان و ولتاژ، مصرف بالای توان راکتیو، ضریب توان پایین و در مواردی نوسان یا فلیکر ولتاژ، از مهم¬ترین مشکلات کیفیت توان هستند. برای جبران¬سازی چند مورد از پارامترها همچون مصرف بالای توان راکتیو، اعوجاجات هارمونیکی جریان و ولتاژ که در نتایج اندازه¬گیری¬ها، پایین¬ترین کیفیت را از خود نشان می¬دهند و اکثر محیط¬های صنعتی با مشکلات مربوط به این دو پارامتر سر و کار دارند، راهکاری تحت عنوان جبران¬ساز یکپارچه¬ی کیفیت توان ارائه شده است. عملکرد این راهکار جهت جبران¬سازی توان راکتیو و کاهش سطح اعوجاجات هارمونیکی ولتاژ و جریان، با استفاده از نرم افزار pscad/emtdc شبیه¬سازی شده است. از نتایج به دست آمده چنین برمی¬آید که سیستم پیشنهادی تا حد قابل قبولی قادر به بهبود پارامترهای مذکور است.

همزمان با گسترش سیستم¬های تبدیل انرژی باد، فن¬آوری¬های مختلفی برای توسعه¬ی آن¬ها ارائه شده است. ژنراتورهای سنکرون مغناطیس دائم، به دلیل ویژگی¬هایی چون، حجم و وزن کم، بازدهی بالا و امکان حذف گیربکس، مورد توجه این سیستم¬ها قرار گرفته است. سیستم¬های تبدیل انرژی باد pmsg، می¬تواند براساس یکسوساز کنترل¬شده و کنترل¬نشده بنا شود. با توجه به مزیت¬های هزینه¬ی پایین و توان نامی بالا برای یکسوساز کنترل¬نشده، استفاده از آن در ساختار تبدیل انرژی باد مناسب به نظر می¬رسد. فلذا، یک مبدل dc-dc میانی ذو مرحله ای برای اتصال یکسوساز کنترل¬نشده به اینورتر نیاز می¬باشد. این مبدل dc-dc میانی، علاوه بر افزایش ولتاژ عمل کنترلی برای حصول حداکثر توان را انجام می¬دهد.

اینورتر های چند سطحی به دلیل مزایای زیاد از جمله کیفیت بالای شکل موج خروجی (ولتاژ و جریان خروجی) نسبت به اینورتر های دو سطحی، کاربرد وسیعی در بخش های مختلف سیستم قدرت و هم چنین صنعت یافته اند. ساختارهای مختلفی برای اینورتر های چند سطحی در مراجع مختلف ارائه شده است و هر کدام از آن ها از زوایای متفاوت به بررسی اینورتر های چند سطحی پرداخته اند. سه ساختار پایه برای اینورتر های چند سطحی وجود دارد که عبارتند از اینورترهای چند سطحی با استفاده از اینورترهای تمام پل سری شده (chb) ، اینورتر های چند سطحی با برش نقطه خنثی (npc) و اینورتر های چند سطحی با خازن های شناور (fc). ساختارهای دیگری نیز با استفاده از این ساختارهای پایه به وجود آمده اند. در این رساله چندین ساختار جدید و بهبود یافته برای اینورترهای چند سطحی سری ارائه شده است. ساختارهای پیشنهادی عمدتاً از واحدهای پایه سری شده تشکیل یافته اند. رویکرد اتخاذ شده در این رساله در حقیقت پیشنهاد واحدهای پایه جدید برای اینورترهای چند سطحی، بسط آن ها با سری کردن و در نهایت بهینه کردن ساختار کلی به دست آمده برای اهداف مشخص می باشد. از جمله این اهدف می توان به استفاده از کم ترین تعداد کلیدهای الکترونیک قدرت، کم ترین تعداد مدارهای راه انداز کلیدهای الکترونیک قدرت، کم ترین مقدار مجموع ولتاژ بلوکه شده توسط کلیدها و کم ترین تعداد منابع ولتاژ dc اشاره کرد. برای هر یک از ساختارهای پیشنهادی، تعداد igbtها، تعداد مدارهای راه انداز کلیدهای الکترونیک قدرت، مجموع ولتاژ بلوکه شده توسط کلیدها، تعداد منابع ولتاژ dc و تنوع اندازه منابع ولتاژ dc (برای ساختارهای نامتقارن) در حالت کلی بر حسب تعداد سطوح ولتاژ با معادلات ریاضی بیان شده اند. برای اکثر ساختارهای پیشنهادی چند الگوریتم تعیین اندازه منابع ولتاژ dc ارائه شده است. این الگوریتم های تعیین اندازه منابع ولتاژ dc نوعی کلیت و انعطاف پذیری در طراحی برای ساختارهای پیشنهادی به بار می آورند. بنابراین، ساختارهای پیشنهادی عموماً ساختارهای جامعی می باشند که ساختارهای متقارن و نامتقارن chb را می توان به عنوان حالت های خاصی از آن ها دانست. با مقایسه ساختارهای پیشنهادی با ساختارهای مرسوم و ساختارهای مشابه که قبلاً در مراجع ارائه شده اند، مشخص می شود که ساختارهای پیشنهادی از مشخصات خوبی نسبت به سایر ساختارها برخوردار است. شاخص های مختلفی برای مقایسه استفاده شده است که از آن جمله می توان به تعداد igbtهای استفاده شده، تعداد مدارهای راه انداز کلیدهای الکترونیک قدرت، تعداد منابع ولتاژ dc، مجموع ولتاژ بلوکه شده توسط کلیدها و تعداد تنوع اندازه منابع ولتاژ dc (برای ساختارهای نامتقارن) اشاره کرد. از نقطه نظر هر کدام از این شاخص ها و در هر یک از دو گروه ساختارهای ساختارهای متقارن و نامتقارن، ساختاری پیشنهادی وجود دارد که در مقایسه با بقیه بهترین مشخصه را دارد. البته باید توجه کرد که برخی از ساختارهای پیشنهادی هم زمان در چند شاخص بهترین مشخصه را دارد. در بحث مدولاسیون نیز برای یکی از ساختارهای پیشنهادی روشی ساده و عملی ارائه شده است که بتوان با استفاده از آن تاثیر منفی غیر ایده آل بودن منابع ولتاژ dc (داشتن ریپل و نوسان) روی کیفیت شکل موج ولتاژ و جریان خروجی را کاهش داد. علاوه بر موارد فوق، بعضی از کاربردهای ساختار پیشنهادی مانند کاربرد به عنوان واسط فتوولتائیک (pv) مورد بررسی قرار گرفته است. برای این کاربرد یکی از ساختارهای پیشنهادی در حالت 5 سطحی تک فاز متصل به شبکه در نظر گرفته شده است. هم چنین، طراحی فیلتر lcl خروجی اینورتر برای این کاربرد و مقایسه با اینورتر تمام پل تک فاز ارائه می شود که بهبود چشم گیری در کیفیت شکل موج های خروجی قابل مشاهده می باشد. یکی از کاربردهای جالب توجه اینورتر های چند سطحی، کاربرد آن ها در ساختار تجهیزات بهبود کیفیت توان می باشد. از این تجهیزات می توان به بازیاب دینامیکی ولتاژ (dvr) و بازیاب دینامیکی ولتاژ میان خطی (idvr) اشاره کرد که بیش تر برای جبران کم بود ولتاژ در سیستم های توزیع به کار می روند. ساختارهای مختلف اینورتر های چند سطحی در ساختار dvr به کار رفته است. در این رساله روش جدیدی برای استفاده از اینورتر چند سطحی (در حالت کلی و نه فقط برای ساختار پیشنهادی) در ساختار dvr اتخاذ شده است. در این روش، برخلاف روش های مرسوم تعداد سطوح ولتاژ خروجی در برابر تغییرات مقدار کم بود ولتاژ ثابت مانده و باعث بهبود قابل توجه کیفیت ولتاژ خروجی می شود. محاسبات ریاضی حدود تغییرات مقدار کم بود ولتاژ که در داخل آن تعداد سطوح ولتاژ خروجی برابر با بیش ترین مقدار ممکن می باشد نیز ارائه خواهد شد. غیر از این مورد، کاربرد یکی از ساختارهای پیشنهادی به عنوان idvr نیز بررسی شده و نتایج به دست آمده موفقیت این کاربرد را تایید می کند. به منظور بررسی و تایید عمل کرد ساختارهای پیشنهادی، نتایج شبیه سازی آن ها در نرم افزار pscad/emtdc ارائه می شود. غیر از نتایج شبیه سازی، نتایج آزمایشگاهی ساختارهای پیشنهادی عمل کرد آن ها را تایید می کند. در حوزه کاربرد، نتایج شبیه سازی برای همه کاربردهای ذکر شده ارائه شده است ولی نتایج آزمایشگاهی نیز برای کابرد اینورتر چند سطحی در ساختار dvr ارائه شده است. در فصل اول رساله بررسی منابع ارائه می شود که شامل ساختارهای مرسوم و ساختارهایی است که اخیراً در مراجع مختلف ارائه شده است. در این فصل هم چنین به روش های مدولاسیون و کنترل و کاربردهای اینورترهای چند سطحی نیز اشاره شده است. در فصل دوم ساختارهای پیشنهادی به همراه معادلات ریاضی مربوطه و بهینه سازی ساختارها ارائه می شود. به دلیل این که تعداد ساختارهای پیشنهادی زیاد می باشد برای تسهیل مطالعه رساله، بعد از تشریح هر ساختار در این فصل نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی مربوط به آن نیز آورده شده است. فصل سوم رساله به محاسبه تلفات برای هر یک از ساختارها اختصاص داده شده است و در فصل چهارم مقایسه ساختارهای پیشنهادی با یکدیگر و ساختارهای ارائه شده در مراجع آورده شده است. در فصل پنجم رساله کاربردهای بررسی شده به همراه نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی ارائه می شود. نتیجه گیری رساله و پیشنهادات برای ادامه کار در فصل ششم ارائه خواهد شد.

جریان نشتی (جریان مد مشترک) یک ظرفیت خازنی مزاحم ما بین آرایه خورشیدی و شبکه در اینورترهای متصل به شبکه ایجاد می کند. اهمیت این اثر به عنوان مساله مهم در چند سال اخیر مورد توجه قرار گرفته است. نگاه دقیق و جزیی، تحقیق، دسته بندی و تخمین اینورتر h4 تمام پل تک فاز بدون داشتن این مشکل همچون توپولوژی h5 در این پایان نامه ارایه خواهد شد. با تحلیل و مقایسه، یک نوع جدید توپولوژی h5 با بازده بالا و کاهش مشکل جریان نشتی ارایه خواهد شد که به عنوان یک توپولوژی استاندارد دراینورترها مطرح می شود[1]. قابلیت اطمینان، بازده، ایمنی، اندازه، وزن و هزینه مسائل مهمی در سیستم های فتوولتاییک متصل به شبکه به ویژه در سیستم های محلی تک فاز می باشند. اینورتر به همراه ترانسفورماتور فرکانسی خط ایزولاسیون ما بین شبکه و سیستم ایجاد می کند و جریان نشتی ما بین آرایه خورشیدی و شبکه را کاهش می دهد. اما، در نتیجه فرکانس کم اینورتر، مبدل خط بزرگ، سنگین و گران قیمت می باشد. اینورترهای بدون ترانسفورماتور و عملکرد آن ها در فرکانس بالا برای ایزولاسیون جایگزین مناسبی می باشند.

در سال های اخیر مصرف بی رویه سوخت های فسیلی باعث به وجود آمدن مشکلات متعددی از قبیل آلودگی هوا، گرم شدن کره زمین، صدمه زدن به محیط زیست و مشکلات دیگری شده است. آمارها نشان می دهد که درصد بالایی از مصرف سوخت های فسیلی توسط حمل و نقل صورت می گیرد. از طرف دیگر با توجه به اینکه خودروهای معمولی با موتور احتراق داخلی(ice) دارای راندمان بسیار پایینی هستند، بدین ترتیب این عوامل سازندگان را به ساخت خودروهایی با سوختی پاک تشویق کرد و خودورهای برقی و هیبرید به تدریج ظهور پیدا کردند. در سال های اخیر سیستم کنترل سرعت ثابت یا همان سیستم constant speed cruise برای خودروها مطرح شده است که این امکان را به رانندگان می دهد که بدون استفاده از پدال ترمز و گاز با سرعت ثابت حرکت کنند که این سیستم باعث می شود رانندگی و سفر در مسیرهای طولانی آسان شود و به دلیل عدم استفاده از ترمز های متعدد مصرف سوخت نیز کاهش یابد. در این پایان نامه یک سیستم کنترل سرعت ثابت برای کاربرد در خودروی هیبرید از نوع سری که دارای موتور الکتریکی از نوع جریان مستقیم بدون جاروبک (bldc) است طراحی و مورد بررسی قرار گرفته است. روش مورد استفاده به منظور دستیابی به هدف مورد نظر ترکیب مدل کنترل پیش بین (mpc) با روش کنترل مستقیم گشتاور (dtc) می باشد. در فصل آخر نتایج شبیه سازی سیستم در حالات مختلف ارائه شده و مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است.

امروزه اهمیت کیفیت توان به دلیل گسترش استفاده از تجهیزات حساس به کیفیت توان و ضررهای اقتصادی و فنی ناشی از پایین بودن کیفیت توان بر کسی پوشیده نیست. برای مشترکین و مصرف کنندگان برق که دارای تجهزات حساس هستند، کیفیت ولتاژ از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در بین عوامل کیفیت توان مرتبط با ولتاژ نیز دو پدیده کمبود ولتاژ و بیشبود ولتاژ از همه مهمتر هستند. برای جبران این دو پدیده مرتبط با کیفیت ولتاژ بازیاب دینامیکی ولتاژ مناسب ترین وسیله است. dvr عبارت است از یک اینورتر که از یک منبع dc تغذیه شده و به صورت سری به شبکه متصل می شود. ساختارهای مختلف اینورترها در dvr استفاده می شود که از جمله آن ها می توان به اینورترهای چند سطحی اشاره کرد. مسئله مهم دیگر که در dvr وجود دارد نحوه ذخیره سازی و یا فراهم نمودن انرژی مورد نیاز برای جبران سازی می باشد. از این نقطه نظر dvr می تواند دارای ذخیره کننده انرژی باشد و یا انرژی مورد نیاز خود را از شبکه تامین نماید (بدون ذخیره کننده انرژی). ساختارهای دارای ذخیره کننده انرژی معمولاً گرانتر ولی در عوض دارای کارآیی بالاتری می باشند. یکی از تجهیزات ذخیره کننده انرژی، ذخیره کننده انرژی مغناطیسی ابررسانا (smes) می باشد که دارای چگالی انرژی زیاد می باشد. در این پایان نامه، با ارائه dvr مبتنی بر smes با ساختار اینورتر چند سطحی chb است که پل های h آن توسط ترانسفورماتور، با هم سری شده و امکان استفاده از لینک dc ، smes و چاپر مشترک را فراهم می نماید. dvr ارائه شده در این پایان نامه دارای دو مد عملکرد مهم می باشد که یکی مد انتظار (standby) و دیگری مد جبران سازی می باشد. چاپر استفاده شده بین smes و لینک dc در مد انتظار وظیفه شارژ smes و در مد جبران سازی وظیفه کنترل ولتاژ لینک dc را برعهده دارد. اینورتر نیز در مد انتظار وظیفه کنترل ولتاژ لینک dc و در مد جبران سازی وظیفه جبران ولتاژ شبکه را برعهده دارد. نحوه کنترل اینورتر و چاپر در هر یک از این مدهای عملکرد تشریح شده و میزان جبران سازی dvr نیز محاسبه می شود. dvr مبتنی بر اینورتر 5 سطحی با استفاده از smes در نرم افزار pscad شبیه سازی شده که نتایج نشان می دهد dvr ارائه شده در این پایان نامه می تواند کمبود و بیشبود ولتاژ سه فاز (متقارن) و تکفاز (نامتقارن) را به خوبی جبران کند.

توان تولیدی یک توربین بادی وابسته به عوامل مختلف جوی مانند سرعت باد، رفتار دینامیکی توربین در برابر تغییرات سرعت باد و راندمان توربین دارد. به منظور استفاده اقتصادی از توربین های بادی حداکثر توان از یک توربین بادی می بایست مشخص و گرفته شود. طراحی کنترل کننده های لازم جهت بدست آوردن خروجی مناسب از توربین می تواند از طرق مختلف و با توجه به نوع ژنراتور مورد استفاده صورت پذیرد.کنترل کننده های مذکور می توانند بر روی خود ژنراتور، مبدل و یا به صورت مکانیکی بر روی توربین وصل شوند. در این پایان نامه سعی شده تا از یک توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم حداکثر توان استحصال حاصل شود. برای هدف ذکر شده، دو روش پیشنهادی که نسبت به یکدیگر دارای مزایا و معایبی بودند ارائه شد. به منظور ایجاد یک کنترل مقاوم و قابل اعتماد به جای استفاده از سنسور های مکانیکی، از تخمین گر حالت جهت تخمین سرعت و گشتاور استفاده شد و همچنین امکان اتصال نرم و کنترل ولتاژ و فرکانس توسط یک مبدل چند سطحی و مبدلی با لینک dc بررسی گردید. برای طراحی کنترل کننده مد لغزشی از معادلات حالت حاکم بر ژنراتور مغناطیس دائم استفاده شد. این کنترل کننده توانست با کمک استفاده از لینک dc خروجی توربین را بدون نیاز به سنسور باد و به صورت دقیق و مقاوم تخمین بزند. در ادامه مطالعه پایداری سیستم پیشنهادی صورت گرفت و شبیه-سازی ها نشان دادند که ژنراتور به راحتی و نرمی به شبکه متصل شود و توان حداکثر را مطابق مقادیر مرجع تولید می نماید و به تغییرات دینامیکی با سرعت مناسب پاسخ می دهد. در شبیه سازی انجام شده هدف اصلی اثبات قابلیت ساختار جهت اخذ حداکثر توان از ژنراتور مغناطیس دائم است. لذا از اتصال مبدل و ساختار پیشنهادی به شبکه اجتناب شده است. لازم به ذکر است که با اضافه کردن یک حلقه کنترلی و با تنظیم سطوح ولتاژ می توان این سیستم را به شبکه وصل نمود و درهمان وضعیت حداکثر توان قابل اخذ می باشد

در این رساله، یک روش جدید کنترل مد لغزشی برای سیستم های غیرخطی پیشنهاد شده و جهت بهبود پایداری خودروی الکتریکی چهار چرخ محرک بدون دیفرانسیل استفاده می شود. با استفاده از کنترل کننده ی تحمل پذیر خطای پیشنهادی در این رساله، خودروی برقی می تواند پایدارتر از قبل بوده و در برابر بروز خطای محرک مقاوم تر شود. همچنین در این رساله، با استفاده از مشاهده گر شبکه عصبی و کنترل کننده ی فازی، روشی کاملاً جدید جهت تعیین سرعت خودروی برقی در جاده های لغزنده ارائه می شود. بنابراین رانندگی در جاده ی لغزنده حتی با غیرحرفه ای بودن راننده، نسبت به قبل ایمن تر خواهد بود. همچنین با توجه به رفتار دینامیکی خودرو، تکنیکی کاملاً جدید جهت شناسایی بروز خطا در چرخ ها و موتورهای محرک و تعیین محل آن ارائه می شود و با برآورد بزرگی خطا، روشی جهت تطبیق دادن کنترل کننده با شرایط جدید جهت وارد شدن آسیب کمتر به موتور معیوب ارائه می گردد. در این رساله، جهت کنترل موتورهای القایی محرک چرخ ها، یک اینورتر جدید سه سطحی که قادر است بردارهای ولتاژی با اختلاف فاز سی درجه تولید نماید با هدف کاهش ریپل گشتاور ارائه شده و به روش کنترل مستقیم گشتاور کنترل می گردد. همچنین متغیرهای حالت موتورهای محرک برای حذف نویز سیستم و نویز اندازه گیری، توسط روش فیلتر کالمن توسعه یافته تخمین زده می شوند.

امروزه سیستم های ترکیبی فتوولتاییک و بادی در بسیاری از کاربردها مانند پمپاژ آب، روشنایی معابر، برق دار کردن مناطق دورافتاده وصعب العبور و تغذیه سیستم های مخابراتی مورد استفاده قرار می گیرند. سیستم ترکیبی فتوولتائیک و باد که گونه جدیدی در مبحث سیستم های انرژی ترکیبی تجدیدپذیر می باشد شامل آرایه های فتوولتائیک، توربین باد، باتری و کانورتر می باشد. برای استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر خورشید و باد با توجه به راندمان و مسائل اقتصادی، طراحی یک سایزبندی بهینه برای سیستم های تولید توان خورشیدی و بادی به همراه بانک باتری بسیار مهم ست. روش سایزبندی بهینه می تواند به دستیابی به کمترین هزینه سرمایه گذاری به همراه استفاده کامل و منطقی از سیستم فتوولتائیک، باد و باتری کمک کند. بنابراین سیستم می تواند در شرایط بهینه با ساختار مناسب در دوره هایی از سرمایه گذاری و قابلیت اطمینان مورد نیاز بار مورد تقاضا کار کند. در این پایان نامه به بررسی امکان احداث سیستم ترکیبی فتوولتائیک و باد به همراه سیستم ذخیره باتری در سایت های bts با استفاده از اطلاعات هواشناسی در مناطق مختلف آذربایجان با نرم افزار homer پرداخته و در نهایت با برنامه نوشته شده در محیط matlab گزینه های بهینه انتخابی با اسنفاده از دو شاخص قابلیت اطمینان lpsp و dpsp با یکدیگر مقایسه می شوند

از مبدل پیشنهادی میتوان برای ترکیب منابع ورودی توان مختلف از جمله منابع توان تجدیدپذیر (پیل سوختی و پنلهای خورشیدی) استفاده کرد. قابلیت کاهنده/افزاینده بودن مبدل، باعث عملکرد بهتر سیستم در ردیابی حداکثر نقطه توان در پنلهای خورشیدی میشود. مبدل پیشنهادی با n درگاه ورودی دارای n+2 کلید قدرت، n+3 دیود، دو خازن و دو سلف است که با کنترل مناسب این کلیدهای قدرت، امکان استحصال حداکثر توان از منبع توان pv (در صورت استفاده از pv)، تنظیم توان منبع fc روی مقدار مرجع آن (در صورت استفاده از fc)، شارژ و دشارژ باتری با میزان توان مشخص، و تنظیم ولتاژ خروجی میسر می¬شود. توان¬های منابع توان ورودی در این ساختار می¬توانند به-صورت مجزا یا با هم به بار منتقل شوند. بهعلاوه، ساختار مبدل این امکان را فراهم می¬سازد تا عنصر ذخیره¬کننده انرژی توسط هر دو منبع توان شارژ یا دشارژ شود

در این پایان نامه دو ساختار جدید پیشنهاد می شود که در هر کدام از ساختار پیشنهادی از شبکه منبع امپدانسی به منطور افزایش و کاهش ولتاژ سیستم فتوولتائیک و اخذ حداکثر توان استفاده شده است. هم چنین به جای اینورتر معمولی از اینورتر چند سطحی استفاده شده است که قابلیت عملکرد در توان بالا و ولتاژ متوسط را دارند و دارای مزایایی مانند کیفیت توان بالا، هارمونیک پایین، تلفات کلید زنی پایین و تداخل الکترومغناطیسی بهتر هستند.

در این پایان نامه یک اینورتر متصل به شبکه بدون ترانسفورماتور واسط برای استفاده در انرژی های تجدیدپذیر به ویژه انرژی خورشیدی ارائه شده است. این مبدل تنها از یک سلف dc ورودی، چهار کلید قدرت و دو دیود تشکیل شده است. این مبدل دارای چهار مد کاری شارژ سلف dc، تزریق جریان مثبت به شبکه برق، تزریق جریان منفی به شبکه برق و نگه داشتن شارژ سلف dc می باشد. مبدل ارائه شده به دلیل داشتن زمین مشترک پانل خورشیدی با شبکه برق، قادر به حذف جریان نشتی می باشد. در نتیجه مسایل و مشکلات مربوط به جریان نشتی حاصل از خازن نشتی در این مبدل وجود نخواهد داشت. به دلیل اینکه مبدل پیشنهادی در این پایان نامه بر پایه اینورتر منبع جریان است، دارای خاصیت افزایندگی بوده و می تواند بدون استفاده از مبدل افزاینده اضافی از پانل خورشیدی به شبکه برق توان تزریق نماید. برای عمل کرد بهتر و دقیق مبدل پیشنهادی، طراحی های لازم برای عناصر استفاده شده در مبدل صورت پذیرفته است. لازم به ذکر است که در این مبدل، برای تزریق جریان سینوسی به شبکه برق، جریان خروجی مبدل باید جریان مرجع سینوسی مورد نظر را تعقیب نماید. همچنین برای تعقیب هرچه دقیق تر جریان سینوسی مرجع، در این پایان نامه از روش کنترلی باند هیسترزیس استفاده شده است. برای بررسی عمل کرد مبدل پیشنهادی و توانایی تعقیب بیشینه توان در منابع فتوولتاییک توسط این اینورتر، در حالت های متفاوت اعم از تغییرات میزان تابش و میزان دمای پانل خورشیدی، شبیه سازی ها در محیط نرم افزار انجامpscad/emtdcپذیرفته و نتایج بدست آمده، عملکرد مبدل پیشنهادی و روش کنترلی ارائه شده را تایید نمودند. در راستای تحلیل عملی عملکرد اینورتر پیشنهادی، نمونه آزمایشگاهی این اینورتر در مقیاس آزمایشگاهی ساخته شده و نتایج تحصیل شده از آن نتایج شبیه سازی و به تبع آن عملکرد اینوتر پیشنهادی را تایید کردند.

در چند دهه اخیر با توجه به افزایش هزینه انرژی، محدودیت ذخایر و آثار محیطی روزافزون سوخت های فسیلی، منابع تجدیدپذیر انرژی توجهات بسیاری را به سمت خود جلب کرده اند. در این میان توسعه بهره برداری از توان باد به منظور تاًمین برق یکی از سریع ترین رشدها را به خود اختصاص داده است. جبران ساز سنکرون استاتیکی (statcom) یکی از ادوات facts می باشد که در سه دهه اخیر، جهت جبران سازی توان راکتیو و تنظیم ولتاژ، در صنعت برق به کار گرفته شده است. این جبران سازها پاسخ دینامیکی سریعی دارند و به موجب این ویژگی، ابزار مناسبی برای کاهش نوسانات ولتاژ به ویژه در سیستم های بادی هستند. در ساده ترین حالت در ساختار statcom از مبدل منبع ولتاژ دو سطحی استفاده می شود اما به کارگیری مبدل های چند سطحی در ساختار جبران ساز سنکرون استاتیکی، موجب افزایش سطوح ولتاژ خروجی، بهبود شکل موج ها و کاهش اعوجاجات هارمونیکی می شود. در این پایان نامه از یک مبدل پنج سطحی در ساختار statcom استفاده شده است و روش کنترلی و مدولاسیون مبتنی بر کنترل پیش گویانه مدل (mpc) برای مبدل مورد نظر ارائه شده است. از ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم (pmsg) و مبدل توان مقیاس کامل برای مدل سازی سیستم بادی استفاده شده است. روش کنترلی mpc برای هر دو مبدل سمت ژنراتور و شبکه ارائه شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی در نرم افزار pscad نشان می دهد که statcom پنج سطحی استفاده شده، قادر است با به کارگیری روش کنترل پیشنهادی، ولتاژ نقطه اتصال مشترک سیستم بادی و شبکه را به ازای شرایط کاری مختلف، تنظیم کند.

در این پایان نامه، سه ساختار جدید برای مبدل افزاینده-کاهنده z-h پیشنهاد می شود. در ساختار پیشنهادی اول از آرایش سلف کلیدزنی شده در مبدل z-h استفاده می شود. استفاده از سلف کلیدزنی شده منجر به افزایش بهره ی افزایندگی می شود. ساختار دوم مربوط به تعمیم یافته ی ساختار پیشنهادی اول می باشد. بنابراین بسیاری از ویژگی های ذکر شده برای ساختار پیشنهادی اول برای تعمیم یافته ی آن نیز صادق می باشد. در ادامه ساختار پیشنهادی سوم پیشنهاد می شود. در این ساختار از آرایش سلف تپ دار در مبدل z-h استفاده می شود. ساختار پیشنهادی از کلید دو جهته و دو سلول تپ دار که هر کدام شامل دو سلف تزویج و دو دیود می باشد تشکیل شده است. مشابه مبدل منبع امپدانسی z-h مرسوم، در هر سه مبدل پیشنهادی حالت کلیدزنی (st) shoot-through و دیود ماقبل شبکه ی lc حذف می شود. هم چنین این مبدل ها بدون هیچ تغییری در ساختارشان می توانند در انواع تبدیل های dc-dc، dc-ac، ac-dc و ac-ac به کار گرفته شوند. در پایان نتایج شبیه سازی ها در محیط نرم افزار pscad/emtdc به منظور صحت نتایج تئوری جهت اثبات ادعاهای مطرح شده در این پایان نامه ارائه می شوند.

برای اولین بار در این مطالعه، ابتدا قابلیت اطمینان مبدل dc-dc افزاینده اینترلیود با استفاده از مدل مارکوف محاسبه شده و با یک مبدل افزاینده معمولی مقایسه شده است. بر اساس سطح توان کاری برای مبدل افزاینده اینترلیود دو سنارویوی عملکرد مختلف (تمام توان و نصف توان) در نظر گرفته شده و مدل مارکوف و قابلیت اطمینان در سناریوهای مختلف به دست آورده شده است. یک نمونه آزمایشگاهی نیز از مبدل افزاینده اینترلیود دو طبقه ساخته شده و نتایج به دست آمده به صورت عملی بحث شده است. سپس برای یک مبدل sepic بر اساس فرکانس کلیدزنی و سطح توان کاری، چهار سناریوی عملکرد تعریف شده است. در نهایت قابلیت اطمینان بر پایه تلفات توان برای این چهار سناریو محاسبه شده و در سناریوهای مختلف مقایسه شده است. پس، تأثیر فرکانس کلیدزنی و سطح توان کاری بر قابلیت اطمینان مبدل sepic بررسی شده است. در نهایت یک نمونه آزمایشگاهی از مبدل sepic ساخته شده و در سناریوهای مختلف عکس حرارتی گرفته شده است که نتایج عملی تئوری های بحث شده را تأیید می نمایند.

چکیده ندارد.