در سال های اخیر تولید برق بادی رشد چشمگیری داشته است. با توجه به اهمیت زیاد کیفیت توان تولیدی توسط توربین و از آنجا که عملکرد بهتر سیستم کنترلی، کیفیت بهتر توان تولیدی توربین را بدنبال دارد، لذا بهینه سازی عملکرد سیستم کنترل امری حیاتی است. در میان توربین های بادی، توربین بادی مجهز به dfig با توجه به مزایای فراوان آن بسیار مورد توجه قرار گرفته و سهم زیادی در تولید برق بادی را به خود اختصاص داده است. توربین بادی مجهز به dfig یک توربین سرعت متغیر-زاویه گام متغیر است که عملیات کنترل در آن با دو هدف انجام می گیرد: حفظ توان نامی توربین در سرعت های باد بالاتر از سرعت باد نامی (توسط سیستم کنترل زاویه گام) و نیز کسب حداکثر انرژی از باد در سرعت های باد پایین تر از سرعت باد نامی (توسط مبدل ها). روش های هوشمند برخوردار از قابلیت های ارزشمند متعددی (شامل: قدرت تطبیق و تعمیم بالا، سیستم-رها بودن و همچنین امکان اجرای روی- خط) هستند و لذا استفاده از آنها در حوزه کنترل توربین های بادی قطعاً راهگشای مشکلات عدیده ی پیش رو خواهد بود. در این تحقیق، برای تحقق همزمان دو هدف کنترلی فوق الذکر، دو کنترل کننده هوشمند، یکی مرکب از دو شبکه عصبی آدلاین و دیگری مبتنی بر یادگیری عاطفی طراحی شده اند. نتایج شبیه سازی موید عملکرد مطلوبتر کنترل-کننده های طراحی شده نسبت به کارهای قبلی است. از جمله ویژگی های برجسته کنترل کننده های هوشمند پیشنهادی آن است که تحقق آن ها بصورت روی- خط بوده و لذا، در عین سادگی ساختار، از قوام قابل ملاحظه ای در برابر تغییرات نقطه کار و پارامترهای سیستم برخوردارند. از دیگر ویژگی های کنترل کننده های پیشنهادی، راحتی تعبیه اهداف ثانویه در متن آنها است.

با افزایش سطح نفوذ توان بادی در سیستم های قدرت، بررسی مسائل مختلف مرتبط با آن ها، مانند پایداری، حفاظت، تحلیل خطا، پخش بار، کیفیت توان شبکه و... امری اجتناب ناپذیر است. از آنجایی که در بسیاری از توربین های بادی از ژنراتورهای القایی قفس سنجابی، (scig)، استفاده می شود، و این واحدها نیز در تولید توان راکتیو ناتوانند، بنابراین، پایداری ولتاژ شبکه را شدیداً تحت تأثیر قرار می-دهند. در این تحقیق، تأثیر حضور مزرعه بادی مجهز به scig بر روی پایداری استاتیکی ولتاژ سیستم قدرت بررسی می شود. بدین منظور، ابتدا با ارائه مدلی برای ژنراتور القایی، توان های خروجی مزرعه بادی بر حسب سرعت باد و پارامترهای سیستم به دست می آیند و سپس با معرفی یک شاخص جدید، که معیاری برای تعیین میزان تأثیر مزرعه بادی بر پایداری استاتیکی ولتاژ سیستم است، این موضوع به صورت تحلیلی بررسی شده است. برای بهبود پایداری ولتاژ، از جبران سازهای توان راکتیو استفاده می شود. بنابراین، شاخص دیگری که بتواند به طور دقیق میزان توان راکتیو سیستم را در شرایط مختلف تعیین کند، معرفی شده است. پس از بررسی تحلیلی تأثیر پارامترهای مختلف بر پایداری ولتاژ، با استفاده از سیستم استاندارد 9 شینه ieee و با اجرای پخش بار تداومی در محیط matlab، تأثیر این پارامترها مورد بررسی قرار گرفته است. به علاوه، با شبیه سازی در محیط pscad/emtdc مطالعات تحلیلی تأیید گردید. در ادامه، از خازن و svc برای افزایش حاشی? پایداری ولتاژ، استفاده شده و عملکرد آن ها با هم مقایسه شده است.

سیستم های قدرت متداول از اجزا و واحد های مستقل تشکیل شده اند. افزودن یک واحد به سیستم، تغییراتی را در ساختار و نحوه ی بهره برداری آن سیستم ایجاد می کند. حضور مزارع بادی و دیگر منابع انرژی تجدید پذیر در سیستم قدرت به عنوان واحد تولیدی، تغییرات بیشتری را در مقایسه با دیگر واحد ها در ساختار و نحوه ی بهره برداری از سیستم قدرت بر جای می گذارد. خاصیت نوسانی و تصادفی توان تولیدی واحد های بادی، این واحد ها را در میان سایر واحد های دیگر متمایز ساخته است. لذا حضور این واحد ها در سیستم قدرت، شرایط بهره برداری پیچیده تری را نسبت به گذشته برای بهره-برداران فراهم می آورد. با افزایش سطح نفوذ توان بادی در سیستم های قدرت، حساسیت و پیچیدگی بهره برداری از این سیستم ها نیز در نظر بهره برداران افزایش می یابد. حضور سیستم ذخیره ساز انرژی (ess) در مزارع بادی می تواند تاثیر مطلوبی در بهره برداری از سیستم های قدرت شامل واحد های تولید توان بادی داشته باشد. میزان این تأثیرات متناسب با رژیم بادی منطقه و قیمت ساعت به ساعت واحد انرژی متفاوت می باشد. در برخی مطالعات انجام شده، تأثیرکاربرد سیستم های ذخیره ساز انرژی بر بهبود کیفیت توان شبکه مورد بررسی قرار گرفته است. در دیگر مقالات از سیستم های ذخیره ساز انرژی جهت مدیریت انرژی در مزارع بادی و سطوح مختلف شبکه استفاده شده است. در این تحقیق تاثیر حضور سیستم های ذخیره ساز انرژی در مزارع بادی بر میزان نفوذ این منابع در شبکه بررسی شده است. در ابتدا با ارائه مدلی برای ژنراتور القایی ، توان خروجی مزرعه ی بادی بر حسب سرعت باد و پارامتر های سیستم بدست می آید. سپس با استفاده از یک روش جدید، میزان ظرفیت سیستم ذخیره-ساز انرژی و میزان توان تزریقی به شبکه در یک دوره ی یک ساله به نحوی تعیین می گردد که درآمد ناشی از فروش انرژی بادی و ضریب ظرفیت مزارع بادی تا حد امکان افزایش یابد. لذا با افزایش میزان درآمد و ضریب ظرفیت مزارع بادی، تمایل طراحان به افزایش نفوذ انرژی بادی در شبکه بیشتر خواهد شد.

با گسترش روزافزون استفاده از تولیدات پراکنده در سیستم های توزیع، حفاظت شبکه های توزیع دستخوش مشکلاتی شده است. در این راستا بازنگری حفاظت سیستم توزیع در حضور منابع تولید پراکنده اهمیت بسزایی داشته، بررسی و ارائه راهکارهایی به منظور حل این مشکلات برای ادامه حضور و گسترش تولیدات پراکنده امری ضروری می باشد. در این تحقیق پس از معرفی این مشکلات با انتخاب یک شبکه توزیع استاندارد ieee هماهنگی حفاظتی شبکه توزیع مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته و به کمک الگوریتم ژنتیک هماهنگی بهینه انجام شده است.سپس با افزودن تولیدات پراکنده به شبکه، اثرات آنها را بروی سیستم حفاظت به کمک نرم افزار digsilent شبیه سازی و بررسی شده و راهکارهایی از قبیل حفاظت تطبیقی و استفاده از محدودکننده جریان خطا برای رفع اثرات منفی معرفی شده است. استفاده از محدودکننده جریان خطا برای کنترل جریان خطای تولیدی توسط تولیدات پراکنده را می توان به عنوان یک راهکارها موثر و اقتصادی پیشنهاد نمود. درپایان با استفاده از انواع محدود کننده جریان خطا نشان داده شده است که بدون اعمال تغییر در سیستم حفاظت موجود می توان برخی مشکلات حفاظتی در حضور تولیدات پراکنده را برطرف نمود.

امروزه با توجه به پیشرفت روز افزون تکنولوژی و نیاز بیشتر به انرژی الکتریکی، انجام تحقیقات و ارائه دستاوردهای جدید در این زمینه بیش از پیش مشهود است. ماشین های الکتریکی یکی از اساسی ترین اجزا سیستم های قدرت هستند که بهبود ناچیزی در عملکرد آنها باعث صرفه جویی بسیار زیادی در صنعت برق می شود. یکی از مهم ترین کاربردهای ماشین های الکتریکی، تولید انرژی الکتریکی می باشد که با توجه به افزایش تقاضا و مسایل زیست محیطی نیاز به انرژی های تجدیدپذیر، به خصوص انرژی بادی بیشتر حائز اهمیت است. امروزه تغییر در ساختار ژنراتورهای مزارع بادی خیلی به سرعت انجام می شود و نسل های قدیمی جای خود را به نسل های جدیدتر می دهند. در این راستا این پایان نامه به آنالیز و مدل سازی دینامیکی نوع جدیدی از ماشین الکتریکی بنام ماشین القایی اتصال سری پرداخته و امکان سنجی استفاده از آن به عنوان ژنراتور بادی در دو حالت متصل به شبکه و جدا از شبکه را بررسی می کند. بیشترین مقالات و کاربردهای این ماشین در حالت موتوری بوده و تحقیقات کمتری در حالت ژنراتوری این ماشین تاکنون صورت گرفته است؛ و در هیچ یک از این تحقیقات به امکان سنجی استفاده از این ماشین در ژنراتورهای بادی پرداخته نشده است. بدلیل عملکرد این ماشین در محدوده وسیعی از سرعت به نظر برای استفاده در نیروگاه بادی مناسب می باشد. ساختار و نحوه عملکرد این ماشین در کاربردها و مدهای مختلف همچنان در دست تحقیق است و تحقیقات بسیار کمی در این زمینه در دنیا صورت گرفته است. در این پایان نامه ابتدا به معرفی ساختار این ماشین و بررسی عملکرد آن در مدهای مختلف پرداخته شده و سپس رفتار دینامیکی این ماشین در حالت ژنراتوری مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا به صورت تحلیلی معادلات دیفرانسل حاکم بر رفتار ماشین و سیستم ارائه شده اند. توسط روابط تحلیلی مذکور می توان پارامترهای موثر بر پایداری را تعیین کرد. معادلات دیفرانسیل سیستم توسط روش رانگ-کوتا مرتبه چهار، حل شده اند. در ادامه مقایسه ای بین نتایج روش تحلیلی و نتایج آزمایشگاهی این ماشین و ماشین القایی معمولی در حالت ژنراتوری انجام شده است. در پایان براساس نتایج بدست آمده امکان استفاده از ماشین scim در تولید برق بادی مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.

با رایج شدن تولیدات پراکنده در سیستم های توزیع عملکرد جزیره ای این واحدها به عنوان یک روش مناسب و امیدبخش در بهبود قابلیت اطمینان این سیستم ها مورد توجه قرار گرفته است. به همین دلیل با توجه به مزایای به کارگیری منابع تولید پراکنده در شرایط بروز خرابی و با هدف ایزوله کردن نقطه عیب، می توان بخش هایی از شبکه را به صورت جزایر عمدی تعیین و جدا نمود به طوریکه با توجه به میزان ظرفیت تجهیزات تولیدات پراکنده موجود در این بخش، مدت زمان قطعی بارها و انرژی تامین نشده شبکه را کاهش در نتیجه قابلیت اطمینان را افزایش داد. در این تحقیق یک مدل جامع و جدید برای تعیین بهینه حدود و مرزهای جزیره های عمدی در شبکه های توزیع در حضور منابع تولید پراکنده به صورت ریزشبکه به منظور کمینه کردن هزینه های مربوط به انرژی تامین نشده و تلفات شبکه بر اساس روش های بهینه سازی هوشمند (به صورت تک هدفه و چندهدفه) ارائه شده است. جامعیت مدل پیشنهادی به این دلیل است که هم در شبکه های توزیع (شعاعی) و هم در شبکه های انتقال (حلقوی) می تواند مورد استفاده قرار گیرد. مدل پیشنهادی ارائه شده در این تحقیق با انتخاب مرزبندی بهینه جزایر عمدی بعد از وقوع یک خطای دائمی در شبکه منجر به بازیابی حداکثری بار می شود. به این صورت هزینه های ناشی از خاموشی را کاهش می دهد.

امروزه افزایش قابلیت اطمینان سیستم های قدرت یکی از اهداف مهم در برنامه ریزی های مختلف آن محسوب می شود. در این میان بررسی قابلیت اطمینان از نقطه نظر تولید از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با ورود روزافزون منابع انرژی های تجدیدپذیر به چرخه ی تولید انرژی از یک سوی و افزایش مصرف انرژی از سوی دیگر، شاخص های قابلیت اطمینان از اهمیت ویژه ای برخوردار شده اند. در این میان استفاده از مزارع بادی به دلیل تولید انرژی در حجم بالاتر و ارزان تر بودن، اهمیت بیشتری پیدا کرده است. در این تحقیق جهت ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم مورد مطالعه با حضور مزارع بادی، ضمن انتخاب مدل مناسب برای پیش بینی سرعت باد و مزرعه بادی، شاخص های قابلیت اطمینان سیستم از روش تحلیلی فراوانی و تداوم محاسبه شده اند. در مطالعات پیشین شاخص های قابلیت اطمینان سیستم تولید بر پایه توان اکتیو محاسبه شده و فقط شاخص های توان راکتیو معرفی شده اند در حالی که محدودیت ولتاژ در شین های شبکه با توجه به کمبود توان راکتیو یا نارسایی منابع توان راکتیو باعث محدودیت در تامین بار مورد تقاضا شده و به طور حتم نقش بسزایی در شاخص های قابلیت اطمینان نقاط بار و سیستم خواهند داشت. از نکات برجسته در این پایان نامه، وارد نمودن اثر محدودیت توان راکتیو ژنراتورهای سیستم در محاسبات و معرفی شاخص¬های قابلیت اطمینان جدید و واقع بینانه تری است. همچنین اثر عدم قطعیت بار با استفاده از یک مدل بار مناسب، تاثیر خطوط انتقال ارتباطی مزرعه بادی و ضریب قدرت بار بر روی شاخص های قابلیت اطمینان نیز مطالعه شده اند. نتایج بدست آمده نشان می دهند که حضور مزرعه بادی بدون لحاظ کردن محدودیت توان راکتیو باعث بهبود شاخص های قابلیت اطمینان شده درحالی که با توجه به نوع ژنراتورهای مزرعه بادی و مقدار محدودیت توان راکتیو ژنراتورها، شاخص های مذکور می توانند بدتر شوند. بدیهی است گنجاندن اثر این محدودیت ها موجب واقعی تر شدن شاخص ها می شود.

ترانسفورماتور یکی از ادوات بسیار مهم و گران قیمت مورد استفاده در شبکه های برق و از مهم ترین ‏اجزای یک شبکه قدرت می باشند. ترانسفورماتورها در حین کار با انواع مختلف از تنش های ولتاژ بالا روبرو ‏می شوند که از برخورد صاعقه ، عملیات کلیدزنی ‏ و یا اغتشاشات ‏ سیستم ناشی می شوند. یک ‏ترانسفورماتور باید به گونه ای طراحی شود که در برابر این اضافه ولتاژها ‏ ایستادگی کند.در این پروژه از برقگیر اکسیدروی (‏mov‏) به عنوان یک وسیله‎ ‎موثر در حفاظت‎ ‎داخلی سیم پیچ های ‏ترانسفورماتور در برابر اضافه ولتاژهای گذرا استفاده شده است روش هایی که تاکنون برای بررسی حفاظت از سیم پیچ های ترانسفورماتور در برابر تنش های گذرا ارائه شده ‏یا مبتنی بر آزمایش های تجربی بوده که با توجه به هزینه بالای تهیه ادوات و وسایل اندازه گیری ‏مخصوصاً در سطوح فشارقوی مشکل و یا غیرممکن است. و یا در بررسی تئوری، از مدل هایی استفاده شده ‏که از دقت کافی برخوردار نیستند. در محاسبه پارامترهای مدل نردبانی سیم پیچ مشخصات طراحی در ‏طول سیم پیچ یکسان فرض می شود حال آن که در واقع مقدار این پارامترها در بخش های مختلف سیم پیچ ‏یکسان نیست. در این پایان نامه از مدل نردبانی با پارامترهای متغیر برای مدل سازی سیم پیچ استفاده شده ‏است. که می تواند در مطالعه و شناسایی محل خطا با استفاده از پاسخ فرکانسی و مطالعات مربوط به ‏هماهنگی عایقی نیز از آن استفاده شود. در این پروژه از برقگیر اکسیدروی (‏mov‏) به عنوان یک وسیله‎ ‎موثر در حفاظت‎ ‎داخلی سیم پیچ های ترانسفورماتور در برابر اضافه ولتاژهای گذرا استفاده شده است. که در ‏آن سیم پیچ های ترانسفورماتور با تعداد مشخصی برقگیر اکسیدروی موازی گردیده است. از سیم پیچ و ‏برقگیر به ترتیب با مدل گسترده نردبانی و نمونه پیشنهادی ‏ieee‏ با پارامترهای اصلاح شده، استفاده ‏می شود. مدل های مربوطه در نرم افزار ‏emtp/atp‎‏ شبیه سازی شده است.‏‎ ‎سپس توزیع اختلاف ولتاژ در ‏سیم پیچ ترانسفورماتور نمونه برای حالت های مختلف (سیم پیچ زمین شده و سیم پیچ ایزوله) ارزیابی ‏می شود. در ادامه تأثیر برقگیر بر کاهش تنش های اختلاف پتانسیل الکتریکی روی سیم پیچ ها بررسی شده ‏و تعداد، مکان و نوع برق گیرها برای حفاظت بهتر مورد ارزیابی قرار می گیرد. هدف از این پایان نامه، کاهش ‏مقدار پیک ولتاژ در طول سیم پیچ ترانسفورماتور با استفاده از برقگیر مناسب، و بررسی تأثیر برقگیر در ‏توزیع ولتاژهای گذرا در طول سیم پیچ است.