چکیده: پیشرفت چشمگیر تکنولوژی ادوات الکترونیک قدرت در دهه های اخیر زمینه را برای کاربرد صنعتی درایوهای القایی پر بازده فراهم نموده است؛ به گونه ای که در بخشهای مختلف صنعت درایوهای سنتی جریان دائم بتدریج جای خود را به این درایوها داده اند و هم اکنون کاربرد این تکنولوژی در صنعت حفاری مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش کاربرد الگوریتمهای مختلف کنترل برداری درایوهای القایی در دستگاههای حفاری چاههای نفت و به طور خاص در درایو محرک پمپ سیال حفاری بررسی شده است؛ برای این منظور با انجام آزمایشهای عملی بر روی درایو پمپ سیال مدل بار را بدست آورده و سپس در محیط شبیه سازی سیمولینک نرم افزار matlab به شبیه سازی الگوریتمهای مختلف کنترل برداری- الگوریتم کنترل مستقیم گشتاور و روش جهت دهی شار- در شرایط بار مذکور می پردازیم. درایوهای مختلف از نظر پاسخ سرعت، گشتاور،جریان و .... بررسی می شوند تا مناسبترین درایو جایگزین شناسایی گردد. نتایج شبیه سازی گویای این واقعیت است که روشهای کنترل برداری علاوه بر تامین نیازمندیهای سیستم از نظر پارامترهای بهره برداری بسیار مقرون به صرفه می باشند.

تجدید ساختار سبب تغییر در نحوه ی طراحی، بهره برداری و تصمیم گیری در سیستم های قدرت گردیده است. یکی از اهداف اساسی تجدید ساختار در صنعت برق ایجاد امکان سرمایه گذاری در این صنعت و افزایش بهره وری سیستم می باشد. روند تجدید ساختار و برخی ویژگی های تولیدات پراکنده از جمله پایین بودن هزینه و ریسک سرمایه گذاری، فرصت مناسبی را در اختیار این تکنولوژی ها جهت توسعه ظرفیت و افزایش میزان نفوذ در شبکه قرار داده، به گونه ای که این تولیدات به عنوان یکی از مهم ترین راه کارها جهت تأمین انرژی مورد نیاز مشترکین گردیده است. استفاده از واحدهای تولید پراکنده به دلیل مدت زمان کوتاه نصب و ورود به مرحله بهره برداری این نیروگاه ها، قابلیت انعطاف ویژه ای به برنامه ریزی توسعه شبکه تولید می هد. در این میان انتخاب نوع و مکان واحد تولید پراکنده بایستی بر اساس یک برنامه اقتصادی صورت پذیرد تا سودآوری سرمایه گذاری در این بخش برای سرمایه گذاران تضمین گردد. در این پایان نامه مکان یابی واحدهای تولید پراکنده بر اساس شرایط بار در طول بازه سالیانه و با بهره گیری از منحنی تداوم بار مورد توجه قرار گرفته است. علاوه براین برای ارزیابی اقتصادی طرح های توسعه نیز از روش آنالیز حساسیت و ارزش سرمایه گذاری استفاده شده است. روش پیشنهادی بر روی شبکه 24 شین و 14 شین ieee انجام شده است.

افزایش نگرانی در مورد آلودگی محیط زیست و کاهش منابع نفتی زمینه را برای بکارگیری خودروهای هیبرید الکتریکی به عنوان جایگزین خودروهای متداول در سیستم حمل و نقل فراهم نموده است. این خودروها علاوه بر بکارگیری موتور احتراقی، از موتور الکتریکی نیز برای حرکت خودرو استفاده می کنند. انتخاب محرک الکتریکی مناسب، نحوه کنترل موتور الکتریکی و طراحی یک کنترل کننده که بتواند اهداف کنترلی مورد نظر را برآورده کند، از مهمترین موضوعات مورد بحث در ساخت خودرو است. سه موتور الکتریکی متداول در صنعت خودروسازی با توجه به حاصل ضرب دو پارامتر ضریب ویژگی و ضریب اهمیت مقایسه شدند. با توجه به انتخاب موتور سوئیچ رلوکتانس به عنوان محرک مناسب برای خودرو، کنترل درایو آن به روش dtc با به کارگیری کانورتر چهار سطحی و ditc با بکارگیری کانورتر پنج سطحی ارائه شده است. در روش های پیشنهادی ضمن کنترل درایو موتور سوئیچ رلوکتانس، سعی شده تا ریپل گشتاور خروجی این موتور نیز کاهش یابد. برای کنترل خودرو از یک کنترل کننده فازی استفاده شده است. این کنترل کننده با توجه به سیگنال های دریافتی از خودرو، مقادیر مرجع را برای موتور الکتریکی تولید می کند. این کنترل کننده قادر است علاوه بر حفظ شارژ باتری در یک سطح مطلوب، از میزان سوخت خودرو نیز بکاهد. نتایج بدست آمده نشان دهنده عملکرد مطلوب خودرو در دو سیکل استاندارد ftp75urban و ftp75highway است.

کاهش تلفات بی باری ترانسفورماتورهای توزیع، از طریق طراحی بهینه پارامترهای اتصال (joint) همپوشانی چند پله ای، به عنوان یک روش کم هزینه بسیار مورد توجه مهندسین قرار گرفته است. ترانسفورماتورها به عنوان قلب تپنده شبکه توزیع، بیش از 33% کل تلفات شبکه انتقال و توزیع را در بر می گیرند. تلفات بی باری ترانسفورماتور با بیش از 70% کل انرژی تلف شده در ترانسفورماتور، مهم ترین بخش تلفات ترانسفورماتور توزیع می باشد. یکی از اساسی ترین بخش های تلفات اضافی بی باری، تلفات اتصال می باشد. تلفات اتصال با افزایش تا 10% تلفات بی باری و 40 تا 60 درصدی جریان مغناطیس کنندگی و 3 تا 5 دسی بلی نویز ترانسفورماتور به عنوان مشکلی بزرگ در طراحی ترانسفورماتورهای نوع هسته ای، از دیرباز مورد توجه مهندسین و طراحان قرار داشته است. در سالهای اخیر روش چیدمان هسته ای همپوشانی چند پله ای به جای روش قدیمی تر همپوشانی تک پله ای مورد توجه تمامی سازندگان قرار گرفته است. با این وجود در صورت عدم محاسبه درست پارامترهای آن، ممکن است که این روش علاوه بر هزینه ساخت، تلفات را نیز افزایش دهد. در این پروژه سعی بر آن است با تحلیل الکترومغناطیسی اجزاء محدود هسته ترانسفورماتور، تاثیر پارامترهای گوناگون اتصالات همچون فاصله هوایی، فاصله همپوشانی و تعداد پله ها روی بهبود حاصل از همپوشانی چند پله ای نسبت به همپوشانی تک پله ای بررسی گردد. در انتها نیز یک روش طراحی اتصالها بر اساس چگالی میدان مغناطیسی طراحی و فاصله هوایی کارخانه ارائه می گردد.

متغیر بودن میزان وزش باد به پایین آمدن قابلیت اطمینان شبکه و کیفیت پایین تولید منجر می شود. لذا در مرحله اول می بایست کنترل مناسبی روی توان خروجی این ژنراتور ها اعمال شود. در این مرحله هدف آن است که توان خروجی ژنراتور در هر زمانی برابر توان خواسته شده توسط مصرف کننده باشد و طبیعتا تغییر در میزان باد نباید روی توان خروجی اثر نامطلوب گذارد. برای تامین این هدف تجهیزات متعدد و ماشینهای خاصی مورد استفاده قرار گرفت تا اینکه مشخص شد که ژنراتور القایی دو سو تغذیه بهترین گزینه برای این نوع نیروگاهها می باشد. روشهای کنترلی متعددی روی این ژنراتور ها قابل اعمال است. روش کنترلی ای مناسب است که بتواند اولا اثر تغیییرات باد در خروجی را حداقل و ثانیا توان اکتیو و راکتیو را بصورت مستقل کنترل نماید. یکی از این روشها روش کنترل برداری است که در این پایان نامه مورد مطالعه قرار می گیرد و برای آگاهی از موقعیت مکانیکی روتور از روشهای بدون حسگر مکانیکی استفاده می شود. هرچند این روش مورد توجه زیادی قرار گرفته است اما همچنان ده درصد خطا در محاسبه سرعت ،میزان مطلوبی از دقت بحساب می آید. در این پایان نامه روشهای کنترل ژنراتور القایی معرفی و سپس روشهای محاسبه سرعت بدون استفاده از حسگر مکانیکی نیز بررسی می شود.

امروزه توجه شرکت های برق و مشترکین آنها به شکل روزافزونی به مسئله کیفیت انرژی الکتریکی یا کیفیت برق معطوف شده است. پس از مرور مسائل گوناگون کیفیت توان در اینجا تمرکز را بر روی فروافتادگی و برآمدگی ولتاژ قرار می دهیم. دلایل متعددی برای بررسی فروافتادگی ولتاژ وجود دارد که از مهمترین دلایل، می توان به وجود بارهای حساس در برخی از مشترکین اعم از مسکونی، تجاری و صنعتی اشاره نمود. فروافتادگی ولتاژ، کاهشی در ولتاژ و جریان موثر به اندازه ?/0 تا ?/0 پریونیت در فرکانس نامی بوده که برای مدت زمانی از نیم سیکل تا یک دقیقه تداوم یابد. برآمدگی ولتاژ، افزایشی در ولتاژ موثر به اندازه 1/1 تا 8/1 پریونیت در فرکانس نامی بوده که برای مدت زمانی از نیم سیکل تا یک دقیقه تداوم یابد. عامل اصلی ایجاد این دو پدیده اتصال کوتاه روی شبکه می باشد. ادوات توان مشتری و در ر?س آنها بازیاب دینامیکی ولتاژ موثرترین راه حل برای جبران سازی فروافتادگی ولتاژ و بازیابی ولتاژ بار در شبکه های توزیع است. در این پایان نامه پس از پرداختن به پیکربندی کلی بازیاب دینامیکی ولتاژ، آرایش های متفاوت اجزای آن مورد بررسی و مقایسه قرار می گیرد. سپس، با نتایج به دست آمده یک بازیاب دینامیکی ولتاژ طراحی می شود که قادر به جبرانسازی فروافتادگی و برآمدگی های عمیق و طولانی ولتاژ است. توانایی جبران سازی هارمونیکی نیز به آن اضافه شده است. بازیاب دینامیکی ولتاژ پیشنهادی به خوبی لینک dc مورد نیاز برای اینورتر خود را کنترل می کند. در پایان با مشاهده نتایج از طریق شبیه سازی به اثبات ادعای خود می پردازیم. شبیه سازی ها از طریق نرم افزار matlab انجام شده است.

جریان های جاری شده در یاتاقان های موتور های القائی باعث خرابی زود هنگام قطعات مکانیکی موتور می شوند. در ‏اینورترهای درایوهای ‏القائی مجموع لحظه ای ولتاژ های فاز خروجی صفر نمی باشد. لذا اختلاف پتانسیلی میان نقطه ی ‏نوترال بار و اتصال زمین به وجود می آید که ‏به آن ولتاژ حالت مشترک (‏cmv‏) می گوییم. جریان جاری شده ناشی از این ‏ولتاژ با عبور از عایق های درونی موتور نظیر فواصل هوایی و ‏گریس یاتاقان ها آسیب های جدی به یاتاقان های موتور ‏وارد می سازد.‏ استفاده از روش های مبتنی بر اصلاح الگوی پالس ‏pwm‏ به منظور کاهش ولتاژ حالت مشترک (‏cmv‏) در درایو های ‏‏pwm‏ القائی به جهت عدم تحمیل هزینه های اضافی و همچنین عدم افزایش اندازه ی درایو، مقرون به صرفه است. حذف ‏بردار صفر از الگوی ‏pwm‏ به ‏دلیل تولید بیشترین مقدار ‏cmv، هدف اصلی چنین روش هایی می باشد. این پژوهش به ‏ارائه دو روش برداری حذف بردار صفر از الگوی ‏کلیدزنی اینورتر می پردازد و آن ها را مورد ارزیابی و مقایسه قرار می ‏دهد. روش اول از سه بردار غیر صفر نزدیک به بردار مرجع برای تولید ‏بردار مرجع استفاده می کند. این شیوه علیرغم ‏محدود سازی ناحیه خطی مدولاسیون، خصوصیات مطلوبی در محدوده ی عملکرد مجاز دارد. ‏روش دوم با جایگزینی ‏بردارهای متقابل و یکسان به جای بردارهای صفر در مدولاسیون برداری کلاسیک، ‏cmv‏ را به حداقل ممکن می رساند.‏ نتایج حاصل از شبیه سازی روش های ذکر شده توسط نرم افزار ‏matlab‏ و مقایسه ی میان آن ها از لحاظ هارمونیک های ‏تولید شده در ‏ولتاژ و جریان موتور و هم چنین ریپل ایجاد شده در شکل موج جریان و گشتاور موتور نشان می دهد که هر ‏دو روش تقریباً به یک اندازه ‏هارمونیک ولتاژ و جریان تولید می کنند که البته میزان آن از هارمونیک روش ‏pwm‏ برداری ‏بیشتر است. از طرفی مقایسه ی میان شکل ‏موج های جریان و گشتاور از لحاظ ریپل به وجود آمده، برتری روش اول را به ‏اثبات می رساند. در مجموع با مقایسه ی شاخص های اثرگذار در ‏کیفیت مدولاسیون، روش اول برای ناحیه ی بالای شاخص ‏مدولاسیون (‏‎?3/3<mi<?3/2‎‏) کارائی بهتری نسبت به روش دوم خواهد ‏داشت. در مقابل با توجه به عدم خطی بودن روش ‏اول به ازاء شاخص های پایین مدولاسیون، روش دوم بهترین گزینه ی ممکن جهت ‏کاهش ولتاژ حالت مشترک در این ناحیه ‏خواهد بود.‏

تحقیق انجام شده در این پایان نامه در مورد مشخصه بارهای هارمونیکی می باشد. با در نظر گرفتن این نکته که آلودگی هارمونیکی در هر نقطه pcc از شبکه می تواند متأثر از دو منبع هارمونیکی باشد، که منبع اول هارمونیک های موجود در سمت شبکه بوده، و منبع دوم بار غیرخطی متصل شده به شبکه در نقطه pcc می باشد. در این پژوهش به بررسی خواص هارمونیکی بارهای سلفی و خازنی پرداخته و با معرفی و محاسبه شاخص غیرخطی جریان بار در بارهای سلفی و محاسبه شاخص غیرخطی ولتاژ بار در بارهای خازنی و ادغام دو شاخص، یک شاخص جدید به نام شاخص ویژه بار که به خوبی قادر به توصیف هارمونیکی بار باشد ارائه شده است. از نرم افزار matlab simulink جهت شبیه سازی و تست شاخص ویژه بار در بارهای سلفی و بارهای خازنی در شبکه تست 13 شینه ieeeاستفاده شده است و نتایج قابل قبول و بسیار خوبی از شبیه سازی به دست آمده است.

در این پایان نامه مسئله کنترل ولتاژ و فرکانس و تأمین توان مورد نیاز بار در شبکه میکرو، مورد بررسی قرار می گیرد. برای کنترل بهتر، تولیدات پراکنده با واسطه اینورتر به شبکه میکرو متصل می شوند. لذا هدف اصلی، کنترل اینورترهاست. در مُد متصل به شبکه، واحدهای تولید پراکنده، به گونه ای کنترل می شوند که توان ثابتی را تحویل دهند، در حالی که در مُد جزیره، هدف کنترل، حفظ ولتاژ و فرکانس در محدوده مجاز و تأمین کل توان مورد نیاز بارهاست. برای این منظور از دو کنترل کننده اُفتی استفاده می گردد. هدف اصلی این پایان نامه، طراحی سیستم کنترلی است که امکان کنترل ولتاژ و فرکانس dgهای متصل به اینورتر را در یک شبکه میکرو فراهم آورد. فرض بر این است که بارهای این شبکه میکرو حساس هستند و لذا باید فرکانس و ولتاژ آن ها در محدوده قابل قبولی حفظ شود. هنگامی که شبکه میکرو به شبکه توزیع اصلی متصل است، ولتاژ و فرکانس مرجع سیستم توسط شبکه توزیع تعیین می شود، اما هنگامی که خطایی در شبکه روی می دهد، بریکر pcc قطع می شود و شبکه میکرو از توزیع جدا می شود و دیگر این مراجع وجود نخواهند داشت. لذا اینورترها باید مراجع ولتاژ و فرکانس جدیدی بیابند تا به تولید با کیفیت قابل قبول ادامه دهند. در مد مستقل لازم است که dgها تغییرات توان درخواستی بار را دنبال کنند و کیفیت توان را در محدوده مشخصی نگه دارند. بدین منظور از تکنیک کنترل اُفتی برای سهم بندی توان بین واحدهای تولید پراکنده استفاده می شود. کنترل کننده های اُفتی می توانند فوراً خروجی های توان را جهت پایداری سیستم، تنظیم کنند. هم چنین در این تکنیک برای سهم بندی توان بار بین dgها نیازی به انتقال سیگنال های ارتباطی بین اینورترها وجود ندارد که افزایش قابلیت اطمینان سیستم را به همراه دارد. دو کنترل کننده اُفتی؛ یعنی کنترل کننده های اُفتی سرعت و ولتاژ، برای سهم بندی توان بار بین واحدها، به کار می رود. در این تحقیق، از کنترل کننده های اُفتی مرسوم؛ اُفتی فرکانس در برابر توان اکتیو واُفتی ولتاژ در برابر توان راکتیو ، استفاده می شود.

در این پایان نامه پس از بررسی مسائل گوناگون کیفیت توان تمرکز را بر روی کمبود ولتاژ قرار می دهیم. دلایل متعددی برای بررسی کمبود ولتاژ وجود دارد که از مهم ترین دلایل می توان به وجود بارهای حساس در برخی از مشترکین اعم از مسکونی، تجاری و صنعتی اشاره نمود. ادوات توان مشتری و در راس آن ها بازیاب دینامیکی ولتاژ(dvr) موثرترین راه حل برای جبران سازی کمبود ولتاژ و بازیابی ولتاژ بار در شبکه های توزیع است. dvr یکی از تجهیزات مدرن مورد استفاده در سیستم های توزیع برای محافظت از مصرف کنندگان در برابر تغییرات ناگهانی در دامنه ولتاژ است. برای کنترل اضطراری در سیستم های توزیع از بحث پیشنهادی استراتژی کنترل dvr چند منظوره استفاده شده است. همچنین، سیستم حلقه بسته ای برای بهبود میرایی پاسخ dvr ارائه گردید. مزیت این روش بر روش حلقه باز، میرایی بیشتر و در نتیجه پاسخ دینامیکی بهتر می باشد. برای بهبود بیشتر پاسخ گذرا و حذف خطای حالت ماندگار، کنترل کننده های posicast و p+resonant معرفی و مورد استفاده قرار می گیرند. الگوریتم پیشنهاد شده برای برخی اختلالات ناشی از ولتاژ بار، راه اندازی موتور القایی بزرگ، خطای اتصال کوتاه و ورود و خروج بار بزرگ مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد dvr برای کنترل شرایط اضطراری سیستم های توزیع قابلیت خوبی دارد. همچنین، شبیه سازی ها در نرم افزار pscad/emtdc انجام می گیرد.

از دیر باز، کنترل سریع و دقیق موتورهای القایی، مورد توجه بوده است. طرح کنترل مستقیم گشتاور (dtc)، به دلیل سادگی، مقاوم بودن و دینامیک بالا، محبوبیت زیادی داشته است. با این وجود، در این طرح، نوسانات شار و گشتاور، به ویژه در سرعت های پایین، بالا بوده و به فرکانس نمونه برداری بالایی نیاز است. الگوریتم پیش بین در روش کنترل مستقیم گشتاور، یکی از طرح های موفق در زمینه کاهش نوسانات گشتاور بوده است؛ ولی در این طرح، حجم محاسبات بالا بوده و به همه ی پارامترهای ماشین نیاز است. در این پایان نامه، بر اساس ساده سازی معادلات کنترل پیش بین، یک روش موثر، ساده و مقاوم بکار گرفته شده است. جهت ارتقای دینامیک گشتاور، در حالت گذرا، از عملکرد اورمدولاسیون اینورتر بهره گرفته شده است. نتایج شبیه سازی، بهبود قابل توجه نوسانات گشتاور در حالت ماندگار و ارتقا دینامیک گشتاور را، در حالت گذرا نشان می دهد. هم چنین در این طرح، بهبود محتوای هارمونیکی جریان و کاهش فرکانس کلیدزنی در سرعت های پایین، ملاحظه می شود. در بخش پایانی، پیاده سازی سخت افزاری طرح کنترل مستقیم گشتاور با پردازنده سیگنال دیجیتال (dsp)، مطرح شده است. نتایج شبیه سازی با نرم افزار matlab، پاسخ نزدیکی را به نتایج عملی نشان می دهند.

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

در این پایان نامه هدف کنترل سرعت موتور القایی شش فازه با روش جهت دهی میدان (foc ) می-باشد در حالی که گشتاور بار ثابت فرض نشده و می تواند تغییر کند. با توجه به مزایای متعدد حذف سنسور سرعت، کنترل دور موتور بدون استفاده از حسگر مکانیکی سرعت (sensorless) انجام می-شود .از جمله مزایای کنترل بدون سنسور می توان به کاهش هزینه، قابلیت اطمینان بالاتر با توجه به خطای احتمالی سنسور سرعت و همچنین عدم خطاپذیری در برابر نویزها اشاره کرد. با توجه به عدم وجود سنسور نیاز به یک رویتگر جهت تخمین سرعت می باشد که این رویتگر دارای معادلات نسبتا ساده بوده به طوریکه پیاده سازی سخت افزاری این الگوریتم را جهت تخمین سرعت و همچنین گشتاور بار متغیر ساده می کند. این پایان نامه با توجه به اهمیت تخمین گشتاور بار و همچنین مزایای متعدد استفاده از موتورهای شش فاز همچون ریپل کمتر گشتاور بار، قابلیت اطمینان بالاتر تحت شرایط خطاهای اتصال کوتاه و کاهش هارمونیک های جریان، در کاربردهای صنعتی تنظیم شده است. از جمله مزایای تخمین گشتاور بار می توان به تشخیص خطا در شفت و بازوی انتقال گشتاور، شناسایی بارهای غیر عادی بر روی موتور، شناسایی رفتار بار در مورد بارهای نامشخص که به طور مستقیم نمی-توان این بارها را اندازه گیری کرد و ... اشاره کرد. در این پایان نامه از یک روش جدید و یک تخمینگر مرتبه دو جهت تخمین گشتاور بار بهره گیری شده و از روش کنترل دور foc که در حال حاضر متداولترین روش مورد استفاده در کنترل دور موتورهای القایی می باشد، استفاده شده است.

وضعیت جزیره ای زمانی رخ می دهد که یک سیستم توزیع از شبکه سراسری جدا شود و از طریق تولیدات پراکنده متصل به سیستم توزیع، انرژی لازم را دریافت کند؛ در این شرایط، شرکت های برق منطقه ای، کنترلی بر جزیره در جهت کنترل ولتاژ و فرکانس و در نهایت کنترل بار سیستم توزیع نخواهند داشت که چنین حالتی به عنوان حالت جزیره ای غیرعمدی شناخته می شود و وقوع این وضعیت، پرسنل و تجهیزات سیستم را با خطرات جدی مواجه می سازد. در این راستا، حفاظت ضدجزیره ای از مهمترین ملزومات فنی ژنراتورهای پراکنده به حساب می آید. روش های حفاظت ضدجزیره ای می بایست در شرایط واقعی شبکه، عملکرد مناسب و قابل قبولی را ارائه دهند که متاسفانه بیشتر این روش ها در شرایط عملکردی سیستم با شکست روبه رو می شوند. از این رو، تعیین کمّی میزان تناسب این روش ها موضوع مهمی است که در این پایان نامه، این شرایط مورد مطالعه قرار گرفته است. در این راستا عملکرد رله های افزایش/کاهش فرکانسی و نرخ تغییر فرکانسی مورد تحلیل واقع شده است؛ نتایج مطالعات تحلیلی با نتایج حاصل از شبیه سازی های دینامیکی مقایسه شده است؛ ناحیه عدم تشخیص در حفاظت ضدجزیره ای ژنراتورهای پراکنده سنکرون معرفی شده است؛ تاثیر تنظیمات مختلف رله های مبتنی بر فرکانس بر منحنی عملکردی این رله ها بوسیله شبیه سازی دینامیکی سیستم، مورد مطالعه قرار گرفته است؛ شاخص عدم تشخیص در جهت ارزیابی تاثیرگذاری رله های ضدجزیره ای مبتنی بر فرکانس در حفاظت ژنراتورهای پراکنده سنکرون تجزیه و تحلیل شده است و تاثیر عوامل مختلف سیستمی از جمله میزان توان خروجی تولیدی، زمان تشخیص مورد نیاز رله، تنطیمات تاخیری رله و ظرفیت نامی ژنراتورهای تولید پراکنده سنکرون بر شاخص عدم تشخیص بررسی شده اند تا بتوان بر این اساس، روشی آسان و سریع در اختیار شرکت های برق منطقه ای و مهندسین حفاظت قرار داد.

تولید پراکنده به عنوان یک منبع توان، که به طور مستقیم به شبکه ی توزیع متصل شده است، تعریف می شود. امروزه نصب تولیدات پراکنده در سیستم قدرت به دلیل مزیت هایبسیار آن افزایشیافته است ولی بااین حال اتصال آنها تغییراتی را به سیستم توزیع تحمیل می کند و می تواند باعث ایجادیک ناپایداری در سیستم قدرت شده و حتی منجر به خاموشی درسیستم قدرت گردند. درحال حاضر بیشتر سیستم هایتولید پراکنده، ژنراتورهای سنکـــرون می باشند و بیشترین تولیدات پراکنده ای که درکشور ما نصب شده اند زنراتور سنکرون هستند. بنابراین این تحقیق بیشتر رویاین نوع مولدها متمرکز شده است و انواع دیگر از قبیل منابع تجدیدپذیر در نظر گرفته نشده اند. براییکمولد سنکرون، ماکزیمم زاویه روتور وجود دارد که کمتر از آن مولد می تواند در عملکرد پایدار باقی بماند و زمان پاکسازی خطا و اینرسی ژنراتور اثرات مهمی روی پایداریآن دارند. زمان پاکسازی خطا برای سیستم انتقال تقریبا 100میلی ثانیه می باشد اما این زمان برای شبکه توزیع ممکن است خیلی بیشتر شود. علاوه براین، ثابت اینرسیژنراتور سنکرون مقیاس کوچک معمولا کمتر از2 ثانیه می باشدکه در مقایسه با ثابت اینرسی ژنراتور سنکرون مقیاس بزرگ که 3 الی 5 ثانیه می باشد، کوچک استو از آنجاییــــــکه ناپایداری گذرا برای ژنراتورهای مقیاس بزرگ یک نگرانی بزرگ می باشد پس با در نظر گرفتــن نکاتی که پیشتــر ذکر شد از جمله ثابت اینــرسی پایین و عملکرد آهسته ی رله های حفاظتی شبکه ی توزیع، ناپایداری برای ژنراتورهایسنکرون مقیاس کوچک (sssg)متصل به شبکه ی توزیعیک نگرانی جدی تر و مهم تر می باشد. بنابراین مطالعـــات عمیق تری باید برای پیدا کردن رفتار دینامیکی این ژنراتورها در مقابل خطای سیستم انجـــام شود. از دست رفتن شرایط سنکرونیزم برای عملکرد ژنراتور یک نگرانی خیلی جدی برای ترکیب مکانیکی و الکتریکیژنراتور سنکرون مقیاس کوچک و محرک اولیه می باشدو این شرایط می تواند آسیب های جدی را نتیجهدهد. شرایطخروج از سنکرونیزم نیز باعث گشتاور معکوس می شود که در بسیاری از بخش های ژنراتور و محرک اولیه سیستم ایجاد می شود و فشارهای مکانیکی بالایی که بزرگی آنها چندین برابر گشتاور نامی سیستم می باشد، تحمیل می کنند. این گشتاور اضافی ممکن است باعث آسیب به محور ژنراتور یا محرک اولیه شود یا به طور واقعی سبب از دست رفتن سنکرونیزمگردد که یک خطر اساسی برای ژنراتور می باشد. بنابراین هنگامی که این نوع مولد به صورت موازی با شبکه ی برق عمل می کند بهبود طرح حفاظتی سیستم توزیع معمول و استفاده از رله گذاری و تنظیم درست آن ضروری ترین نیاز برای جلوگیری از ناپایداری ژنراتور میباشد. این تحقیق،یک روش جدید برایتشخیص شرایط خارج از همگامی برایژنراتور سنکرون مقیاس کوچک ارائه می دهد و روش مطرح شده بر پایهی تئوری معیار سطوح برابر می باشد و توان اکتیوژنراتور را برای تشخیص میان شرایط پایدار و خارج از همگامی به کارمی برد. این طرح می تواند از عملکرد ناپایدار ژنراتور خودداری کند و دسترسی واحدهای تولیدپراکنده از نوع ژنراتور سنکرون را افزایش دهد. به عبارت دیگریک رله ی جدید برای حل مسائل ذکر شده ی قبلی پیشنهادمی شود.

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

برای دستیابی به راندمان بالا در سیستم های قدرت بادی، ردیابی نقطه توان ماکزیمم (mppt) در عملکرد سرعت متغیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. روش های mppt زیادی توسعه داده شده و پیاده سازی شده اند. با توجه به بررسی مقالات، روش های mppt را می توان به چهار نوع دسته بندی کرد. این روش ها عبارتند از: جستجوی نقطه قله (hcs)، بازخورد سیگنال قدرت (psf)، کنترل فازی (flc) و شبکه عصبی (nn). اختلاف بین این روش ها در تعداد حسگرهای موردنیاز، نوع و روش تولید سیگنال های مرجع، سرعت همگرایی، پیچیدگی، حافظه مورد نیاز و عملکرد تحت سرعت بادهای مختلف است. همچنین، تعدادی از مقالات ترکیبی از این روش ها را در ردیابی نقطه توان ماکزیمم به کار گرفته اند. این پایان نامه یک الگوریتم mppt بر اساس روش psf در سیستم ژنراتور القایی دو سو تغذیه (dfig) ارائه می کند. به دلیل سادگی، سرعت همگرایی بالا و عملکرد خوب تحت سرعت بادهای متغیر از روش psf استفاده شده است. روش مورد مطالعه بدون نیاز به حسگر سرعت باد می باشد. مقایسه ای بین سیستم پیشنهادی و سیستم ژنراتور القایی قفس سنجابی (scig) با و بدون statcom صورت گرفته است. به منظور بررسی عملکرد سیستم، شبیه سازی با نرم افزار matlab/simulink انجام شده است. مشاهده شد که سیستم scig برای تغذیه ولتاژ شبکه به منبع توان راکتیو خارجی نیاز دارد و از طریق کنترل گام می تواند توان خروجی را در مقدار بهینه نگه دارد ولی سرعت روتور تنها در محدوده بسیار کمی تغییر می کند و نمی تواند در سرعت بادهای مختلف توان ماکزیمم را استخراج کند. سیستم dfig با وجود عدم نیاز به منبع توان راکتیو، عملکرد بهتری نسبت به scig با و بدون statcom از خود نشان می دهد و توان خروجی بهینه را به دست می دهد. در سرعت بادهای مختلف، ولتاژ لینک dc ثابت نگه داشته می شود. توان راکتیو نیز روی صفر می ماند که نشان از عملکرد خوب سیستم در غیاب جبرانساز توان راکتیو خارجی دارد. نتایج حالت ماندگار با تقریب خوبی با مقادیر بهینه برابر است و ردیابی نقطه توان خروجی و سرعت توربین بهینه به خوبی صورت گرفته است.

حفاظت دیفرانسیل مهمترین و پرکاربردترین نوع حفاظت برای ترانسفورماتور در سراسر دنیا می باشد. این حفاظت به دلیل شرایط عملکرد ویژه در ترانسفورماتورها، دارای اشکالات و معایب مخصوص به خود است. رله دیفرانسیل باید در مقابل مقادیر کوچک جریان دیفرانسیل که در حالت عادی و یا خطای خارجی عبور می کند، پایدار باشد. در حالی که هیچ خطایی رخ نداده است پدیده های مشخص دیگری می توانند باعث ایجاد جریان دیفرانسیل گردند. این جریان خطای دیفرانسیلی، عموماً باعث تریپ نابه جای رله می گردد. این پدیده ها، وابسته به مشخصه غیرخطی هسته ترانسفورماتور یا هسته ترانسفورماتور جریان و یا هر دو میباشند و از جمله مهمترین آنها می توان جریان مغناطیسکننده هجومی،جریان هجومی همراه و اشباع ترانسفورماتور جریان را نام برد. در این پایان نامه تاثیر جریان هجومی مغناطیسی،جریان هجومی همراه، اشباع گذرای ترانسفورماتور جریان و اشباع محلی ترانسفورماتور جریان بر عملکرد حفاظت دیفرانسیل در پستهایی با اتصال پل داخلی بررسی شده است. در ادامه با شناسایی اختلاف زمانی بین لحظه تغییر ناگهانی در طرف ستاره ترانسفورماتور و لحظه افزایش جریان دیفرانسیلی، روشی بر پایه اختلاف زمانی جهت بهبود عملکرد حفاظت دیفرانسیل مورد مطالعه قرار گرفته است. این روش با استفاده از نرم افزار متلب در شرایط مختلف و دو شبکه مورد آزمایش قرار گرفت و نتایج بدست آمده حاکی از درستی عملکرد آن می باشد.

اینکه ترانسفورماتورهای قدرت از ادوات حیاتی سیستم قدرت هستند، برکسی پوشیده نیست تا جایی که لازم است تمام توان تولیدی در نیروگاه ها به گونه ای از ترانسفورماتورها عبور کند. حضور هارمونیک های ولتاژ و جریان و همچنین هارمونیک های ناشی از بارهای غیرخطی که روز به روز در حال افزایش اند، سبب افزایش دمای این وسایل بسیار مهم شده و فرسایش عایقی و کاهش طول عمر آنها را درپی خواهد داشت. در این پایان نامه سعی شده یک روش کارآمد، جهت محاسبه فرسایش برای ترانسفورماتورهای قدرت سه فاز با هسته سه ستونه، تحت شرایط عملکردی سینوسی و غیرسینوسی، متعادل و غیرمتعادل ارائه شود که تاثیر اشباع مغناطیسی، کوپلینگ و هیسترزیس را به دقت درنظربگیرد. ارزیابی فرسایش از طریق مدلی که اخیرا توسعه یافته و برای ترانسفورماتور سه فازغیرخطی با هسته سه ستونه در حوزه زمان معتبر است، انجام شده است. محاسبه فرسایش بر اساس تئوری واکنش حرارتی arrhenius، انجام شده است. عوامل موثر در فرسایش، ازقبیل نامتقارنی های هسته ترانسفورماتور، غیرخطی بودن بار، همچنین عکس العمل های هارمونیکی ولتاژ و جریان تحریک، در محاسبات، درنظرگرفته شده اند. با استفاده از نرم افزارpspice اثر هارمونیک های ولتاژ ترمینال بر ولتاژ خروجی و شارهای ستون های هسته در حالت های مختلف، نمایش داده شده و با استفاده از روش مورد استفاده (روش هارمونیکی وزن دارشده)، تأثیر این هارمونیک ها در این حالت ها بر کاهش طول عمر ترانسفورماتور جدول بندی شده اند که همگی بیانگر کاهش طول عمر ترانسفورماتور، در نتیجه افزایش هارمونیک ها، هستند.

این پایان نامه به بررسی رفتار ژنراتور القایی از دو سو تغذیه درهنگام رخداد یک خطا در شبکه می پردازد. در هنگام وقوع خطای اتصال کوتاه در شبکه یک افت ولتاژ شدید رخ می دهد که باعث بوجود آمدن نوساناتی در جریان های روتور و استاتور و همچنین ولتاژ لینک dc می شود. و همچنین از انتقال توان تولیدی به شبکه جلوگیری می کند. در این طرح روش پیشنهادی این است که با تبدیل توان نامتعادل به انرژی جنبشی به وسیله افزایش سرعت روتور، باعث کاهش نوسانات بوجود آمده می شود و بدین وسیله از خطا گذار می کند. تفاوت عمده این روش با سایر روش های گذشته در این است که در طرح کنترل پیشنهادی امکان جذب انرژی جنبشی مازاد در حین وقوع خطا بوجود می آید که موجب کاهش محسوس نوسانات جریان روتور، استاتور و ولتاژ باس dc می شود. در طرح پیشنهادی نه تنها قابلیت گذار از خطای ژنراتور از دو سو تغذیه متصل به توربین بادی بهبود می یابد بلکه قابلیت کنترل پیوسته توان اکتیو و راکتیو ژنراتور القایی از دو سو تغذیه را در حین خطا را دارا می باشد و در آخر به وسیله مقایسه با روش حفاظت مرسوم کروبار در نرم افزار متلب موثر بودن روش پیشنهادی را اثبات می کند.

در این پایان نامه، ابتدا اهمیت جبران توان راکتیو آورده شده است. با توجه به اینکه کلیدزنی بانک های خازنی همراه با دو پدیده مخرب جریان هجومی و اضافه ولتاژگذرا می باشد، تاکنون روش های متنوعی جهت کنترل دامنه این گذراها استفاده و بحث شده است. هرکدام از روش های پیشین معایب عمده ای از قبیل رزنانس سری ، کلیدزنی چندگانه، پیچیدگی کنترل، هزینه بالا و قابلیت اطمینان پایین و نیاز به ادوات اندازه گیری دقیق داشتند. از مبدل های الکترونیک قدرت (یکسوسازها) و راکتور dc جهت ایجاد امپدانس گذرا در طی زمان کلیدزنی وسپس بای پس کردن راکتور dc در ترکیب های متنوعی جهت کاهش موثر دامنه و فرکانس حاصل از کلیدزنی استفاده شده است. با استفاده از روش تحلیلی، معادلات مربوط به هر محدودکننده در هر مد کاری بدست آورده شده است. وجود مقاومت اهمی راکتورها به همراه استفاده از منبع ولتاژ dc، تلفات ماندگار را در پی خواهد داشت. این تلفات سبب کاهش راندمان خواهد شد. به سبب استفاده از محدودکننده ها در سیستم سه فاز و استفاده از یک محدودکننده درمسیر هر فاز، مجموعا از سه محدودکننده استفاده می شود که باعث افزایش تلفات ناشی از یکسوسازها و راکتورها می گردد. در این پایان نامه، با تغییردر ساختار محدودکننده ها و کاهش تعداد یکسوسازها و راکتورها، سادگی ساختار محدودکننده ها و کاهش تلفات ناشی از اعمال محدودکننده ها بدست می آید. از نرم افزار emtp-rv جهت شبیه سازی و کارامدی محدودکننده ها و مقایسه نتایج استفاده شده است.

این پایان نامه به ارزیابی عملکرد حالت ماندگار اتصال موتور( موتور القایی ) تحت عدم تعادل ولتاژ می پردازد. موتورهای القایی با اندازه های کوچک متصل شده به جای یک موتور القایی با اندازه بزرگ استفاده می شوند، که برای بهبود سیستم های الکترومغناطیسی و فرآیند تبدیل انرژی کارآمدتر در طول عملکرد در هر دو حالت متعادل و نامتعادل مناسب است.

این پایان نامه آنالیز و کنترل یک dfig که در سیستم نیروگاه بادی تحت شرایط نامتعادل و لتاژ شبکه قرار دارد را بیان می کند. سیستم dfig در قالب مرجع سنکرون مثبت مدل شده است. رفتار و عملکرد ژنراتور و مبدل سمت شبکه (gsc) تحت شرایط نامتعادل بوسیله ی تعریف مولفه های نوسانی توان در قالب مرجع سنکرون شرح داده شده است. این آنالیز امکان کنترل هر دو توان اکتیو و راکتیو تولیدی توسط روش کنترل مستقیم توان(dpc) را ممکن می سازد. این نشان می دهد که با توجه به مدل dfig در قاب مرجع سنکرون، استخراج مولفه های توان آسان می شود. علاوه بر این، هدف های کنترلی dfig همانند کاهش نامتعادل جریان استاتور، مینیمم سازی نوسانات گشتاور و توان در نظر گرفته شده اند. به علاوه با استفاده از روش پیشنهادی، نوسان توان خروجی استاتور بوسیله gsc، برای اینکه اطمینان حاصل کنیم که در کل سیستم تولیدی dfig ثابت است، جبران سازی می شود.

چکیده ندارد.