چکیده: در این تحقیق، یک الگوریتم ترکیبی جدید به منظور جداسازی جریان هجومی از خطای داخل ترانسفورماتور، قابل پیاده سازی در حفاظت دیفرانسیل دیجیتال ترانسفورماتورهای قدرت، ارائه می گردد. الگوریتم نامبرده مبتنی بر مفاهیم ریاضی تبدیل موجک و شبکه عصبی می باشد. تبدیل موجک روشی قدرتمند در جداسازی و تجزیه یک سیگنال است. مزیت این روش، جداسازی سیگنال در حوزه فرکانس- زمان می باشد، یعنی بر خلاف روش های جدا سازی دیگر، تمامی خصوصیات سیگنال هم در حوزه زمان و هم حوزه فرکانس، حفظ خواهد شد. شبکه عصبی در نظر گرفته شده در این پروژه، ساختاری ساده و در عین حال کارآمد دارد. با دادن الگوهای از پیش تعین شده می توان شبکه را به نحوی آموزش داد که برای ورودی های جدید، خروجی شبکه عصبی مورد نظر، بتواند حالت سیستم را با سرعت و دقت بالا توصیف کند. با بهرگیری از نرم افزار atp/emtp شبکه قدرت مورد مطالعه، که یک شبکه قدرت استاندارد 9 باسه ieee می باشد، شبیه سازی شده است. با استفاده از تبدیل موجک جریان های سه فاز نمونه برداری شده از شبیه سازی، تا مرحله پنجم فرکانسی (d5) تجزیه می شود. سپس با نرم افزار matlab ماکزیمم ضرائب تبدیل موجک در سطح پنجم فرکانسی را در یک دوره تناوب پس از هر رخداد در شبکه جمع آوری می شود و به عنوان الگوهای آموزش به شبکه عصبی داده شده است. وقتی شبکه عصبی به خوبی آموزش داده شد، از یک پنجره آنلاین برای بدست آوردن ماکزیمم سطح پنجم فرکانسی تبدیل موجک جریان های دیفرانسیلی سیستم قدرت در هر لحظه استفاده می شود. بنابراین خروجی شبکه عصبی می تواند در هر لحظه تعیین کند که آیا درون ترانسفورماتور خطای اتفاق افتاده است یا نه؟ در صورت مثبت بودن جواب رله دیفرانسیلی به سرعت ترانسفورماتور را از سیستم خارج می کند. کلمات کلیدی: حفاظت دیفرانسیلی ترانسفورماتور، تبدیل موجک، شبکه عصبی، جریان هجومی.

نوسان توان پدیده پیچیده ای است بطوریکه از دهه 1940 و شاید پیش از این سالها موضوع تحقیقات مختلفی بوده است. تحقیقاتی که در زمینه پدیده نوسان توان انجام شده اند بیشتر به آشکارسازی این پدیده و اثر آن بر عملکرد رله های حفاظتی پرداخته اند در حالیکه تحلیل صرف این پدیده کمتر مورد توجه قرار گرفته است. اما نویسنده بر این باور است که برای کشف روش های جدید آشکارسازی نوسان توان، بررسی این پدیده به روش تحلیلی ضروری است چراکه روابط ریاضی حاکم بر این پدیده خود می توانند روش های آشکارسازی آن را پیشنهاد دهند. بر این اساس در فصل اول، علت اصلی بوجود آمدن نوسان توان و اثرات نامطلوب این پدیده بر عملکرد رله های دیستانس توضیح داده می شود. همچنین نحوه استفاده از یک آشکارساز نوسان توان بطور کامل بحث خواهد شد. در فصل دوم روش های مختلفی که تا کنون به منظور آشکارسازی نوسان توان استفاده شده اند و ملاحظاتی که در بکارگیری این آشکارسازها باید در نظر گرفت، توضیح داده می شوند. از آنجاکه روش آشکارسازی پیشنهادی بر اساس تبدیل موجک استوار است، در فصل سوم اصول کلی تبدیل موجک معرفی می شود. همچنین روش هایی که تا کنون بر اساس این تبدیل در زمینه نوسان توان ارائه شده اند توضیح داده می شوند. فصل چهارم به روش پیشنهادی این پایان نامه اختصاص دارد. در این فصل ابتدا معادلات کمیت های الکتریکی شبکه در شرایط نوسان توان بطور تحلیلی بدست می آیند. در ادامه در دو شبکه نمونه، نوسان توان شبیه سازی خواهد شد و شکل موج های مربوطه از جمله شکل موج اندازه امپدانس استخراج می شوند. همچنین پروفیل کلی اندازه امپدانس بر اساس معادله تحلیلی آن رسم می شود و نشان داده می شود که این پروفیل در هر دو حالت شبیه سازی و تحلیلییکسان بدست می آید. در روش پیشنهادی، پروفیل سیگنال اندازه امپدانس در شرایط نوسان توان کلید آشکارسازی این پدیده است. با استفاده از این پروفیل، روش جدیدی بر اساس تبدیل موجک برای آشکارسازی نوسان توان پیشنهاد و به کمک شبیه سازی های مناسب درستی این روش تایید می شود. همچنین شبیه سازی ها نشان خواهند داد که روش پیشنهادی، هر نوع خطا از جمله خطای سه فاز را که روش های سنتی قادر به آشکارسازی آن نیستند به طور قابل اطمینان و با سرعت قابل قبولی آشکار می کند.

هدف از این پایان نامه بررسی رفتار افزاره های سیلیکون روی الماس دو لایه است. ما قصد داریم در این پایان نامه با بررسی دقیق مشکلات موجود در روند کوچک سازی افزاره های اثر میدان در ابعاد نانومتر، روش هایی برای کاهش آثار ناشی از کوچک سازی افزاره ها ارائه نماییم. ترانزیستورهای سیلیکون روی عایق در مقایسه با ترانزیستور بالک محاسن چندی از خود نشان می دهند. اثرات خودگرمایی در این ترانزیستورها با توجه به کوچک سازی ترانزیستور رو به افزایش است. از جمله روشهای برطرف کردن این مانع، استفاده از ساختار سیلیکون روی الماس می باشد. الماس عایق الکتریکی بوده و حرارت را چندین صد برابر بیشتر از دی اکسید سیلیکون به زیرلایه و محیط خارج ارسال می کند، اما به علت ضریب دی الکتریک بیشتر الماس در مقایسه با دی اکسید سیلیکون، میدانهای الکتریکی نفوذی از طرف درین به بدنه ترانزیستور بیشتر بوده و پارامتر اثرکاهش سد پتانسیل ناشی از درین تحت تاثیر قرار می گیرد. ساختار نانو ترانزیستور سیلیکون روی الماس دو لایه برای بهبود اثرات کانال کوتاه ارائه گردید. در این ساختار با قرار دادن لایه دوم عایق، تاثیر میدان الکتریکی نفوذی درین کاهش پیدا کرد و به نوبه خود باعث اثرکاهش سد پتانسیل ناشی از درین کاهش می-یابد. در این تحقیق، با ارائه روشی می خواهیم مقاومت سورس درین تا حد امکان کوچک نگه داشته شود و در عین حال اثرکاهش سد پتانسیل ناشی از درین بهبود یابد. تنها در این صورت است که ترانزیستور نهایی دارای اثرات الکتریکی بهتر از ترانزیستور ابتدایی می گردد. برای شبیه سازی ترانزیستور از مدل غیر همدمای هایدرودینامیک استفاده می نماییم و طول کانال ترانزیستور مورد بحث را 22 نانومتر انتخاب می کنیم. اثر افزایش طول و عایق رویین بر روی اثرات الکترواستاتیکی ترانزیستور را مورد بحث قرار می دهیم و با ترانزیستورهای سیلیکون روی عایق و سیلیکون روی الماس مقایسه می کنیم. مدل فیزیکی برای شبیه سازی افزاره ها، مدل هایدرودینامیک بوده که در آن علاوه بر معادلات دریفت- دیفیوژن و انتقال حرارت، معادلات مربوط به درجه حرارت حامل ها نیز حل می گردد. این مدل خاص شبیه سازی افزاره ها در ابعاد نانو می باشد. نتایج حاصل از شبیه سازی افزاره سیلیکون روی عایق دولایه نشانگر بهبود در کاهش سد پتانسیل نسبت به افزاره سیلیکون روی الماس و پدیده خود گرمایی نسبت به افزاره سیلیکون روی عایق است. شبیه ساز مورد استفاده در این پایان نامه نرم افزار ise-tcad است که با قابلیت های ویژه در طراحی و تحلیل نیمه هادی ها توانسته است هزینه های تحقیق و مطالعه را کاهش دهد.

با توجه به کاهش ذخایر سوخت های فسیلی، گازهای طبیعی و افزایش بهای مصرفی و همچنین آثار سوءِ زیست محیطی آن ها، استفاده از انرژی های نو به ویژه انرژی باد رو به افزایش است. یکی از پرکاربردترین ژنراتورهای مورد استفاده در نیروگاه های بادی به دلیل داشتن مزایای ویژه، ژنراتور القایی تغذیه دوبل (dfig) است. از آنجا که توربین های بادی مجهّز به dfig بیشتر در مناطق روستایی با شبکه های محلی ضعیف و خطوط نسبتاً طولانی نصب می شوند احتمال وقوع عدم تعادل و اعوجاج هارمونیکی در ولتاژ شبکه به دلیل وجود بارهای غیرخطی، نامتقارن و یا خطاهای شبکه افزایش می یابد. وجود نامتعادلی در ولتاژ در صورت عدم کنترل، باعث ایجاد نوسانات با فرکانس دوبل در گشتاور الکترومغناطیسی، توان های اکتیو و راکتیو تزریقی به شبکه، وارد آمدن تنش های مکانیکی به شفت ژنراتور و توربین و موجب ناپایداری شبکه می گردد. در صورت عدم کنترل dfig در شرایط نامتعادل بودن ولتاژ، این ژنراتور در ولتاژهای با نامتعادلی بیش از %6، بالاجبار از شبکه جدا می گردد که این مسئله در صنعت تولید توان بادی امروزی قابل پذیرش نیست. تاکنون روش های کنترلی متعددی بر روی dfig متصل به شبکه با ولتاژ نامتعادل به کاررفته است. در روش های کنترلی اخیر از کنترل لغزان برای کنترل گشتاور الکترومغناطیسی و توان خروجی سیستم توسط مبدل های سمت رتور و شبکه dfig در شرایط نامتعادل و هارمونیکی بودن ولتاژ شبکه بدون جداسازی توالی های مثبت و منفی ولتاژ یا جریان استفاده شده است. این مسئله موجب بهبود عملکرد در مقایسه با سایر روش های کنترلی شده است. ولی همچنان به دلیل نامتعادل بودن جریان های استاتور و رتور و وجود هارمونیک های مزاحم از جمله هارمونیک های مرتبه دو در توان شبکه و گشتاور الکترومغناطیسی dfig که ناشی از عدم تعادل ولتاژ است نمی تواند در حد قابل قبولی به بهبود کیفیت توان اقدام نماید. همچنین وجود گرمای غیریکنواخت در سیم پیچ ها، در گذر زمان از عمر تجهیزات عایقی سیستم می کاهد. از این لحاظ از یک مبدل اضافی سری با استاتور (sgsc) جهت حذف توالی منفی ولتاژ در ساختمان dfig استفاده می نمایند که توانسته تا حد زیادی کیفیت توان را با حذف مولفه های هارمونیک دوم در توان و گشتاور الکترومغناطیسی بهتر نماید. روش های کنترلی به کاررفته در استفاده از مبدل سوم بیشتر مبتنی بر استفاده از کنترل کننده های pi می باشند. مشکلات عمده این روش ها، تنظیم پارامترهای pi و نیاز به تبدیلات متعدد بین قاب های مرجع است که در نتیجه پیاده سازی این کنترل کننده ها را مشکل می نماید. در این پایان نامه از روش کنترل لغزان جهت کنترل سیستم dfig به همراه sgsc استفاده شده است که ضمن حذف کنترل کننده های pi، پیاده سازی سیستم را ساده و قابل اجرا نموده است. از دیگر مزایای قابل توجه این تحقیق استفاده از روش ساده و سریعی برای بدست آوردن توالی مثبت و منفی ولتاژ شبکه است.

از مهم ترین مزایای استفاده از ریزشبکه کاهش فاصله تولید با مصرف و قابلیت اطمینان است. یکی از ریزشبکه هایی که در سال های اخیر بسیار موردتوجه قرارگرفته، سیستم ترکیبی باد دیزل است. با توجه به اینکه سرعت باد و توان تولیدی ژنراتور متصل به توربین بادی متغیر است، در این شبکه ها مقدار تولید توان غیرقابل پیش بینی خواهد بود. استفاده از یک سیستم ذخیره ساز انرژی باتری در این شبکه ها و کنترل آن می تواند تا حدودی این خلأ را پر کند. بطوریکه در زمان افزایش تولید ، سیستم ذخیره ساز توان را مصرف و باتری را شارژ می کند و همچنین در زمان کاهش تولید ، سیستم ذخیره ساز به شبکه توان می دهد و باتری ها دشارژ می شوند. از دیگر چالش های این شبکه ها زمانی است که توان تولیدی ژنراتور متصل به توربین بادی از توان مصرفی مجموعه بار بیشتر شود و این پدیده سبب برگشت توان به دیزل ژنراتور و ناپایداری شبکه می گردد که این نقیصه را کنترل کننده پیشنهادی در این پایان نامه برطرف می کند. استفاده از سیستم ذخیره ساز انرژی باتری در شبکه های ترکیبی دیزل باد خود همراه با مشکلات فراوانی خواهد بود. چون شرایط شبکه دائم در حال تغییر است . ممکن است در زمان نیاز، باتری ها شارژ نامناسب برای هدف موردنظر داشته باشند . کنترل کننده پیشنهادی در این پایان نامه با در نظر گرفتن توان تولیدی، حالت های شارژ، فرمان های مختلف و متناسب با شرایط شبکه صادر می کند و در صورت کمبود توان تولیدی و نداشتن شارژ باتری به بارهای غیر حساس با اولویت تعیین شده فرمان خروج از شبکه می دهد. به طورکلی کنترل کننده پیشنهادی با در نظر گرفتن اولویت تولید و مصرف تمام خلأهای اشاره شده را با مدیریت توان تولیدکننده ها و مصرف کننده ها برطرف می سازد