کنترل یک سیستم قدرت ac به صورت بلادرنگ به دلیل اینکه توان جاری در آن تابعی از امپدانس خط انتقال، دامنه ولتاژ ارسالی و دریافتی و فاز بین این ولتاژها است، بسیار پیچیده می باشد. سالیان متمادی، سیستم های قدرت الکتریکی به طور نسبی ساده بودند و به صورت مستقل طراحی می شدند و توان ارسالی و دریافتی کم بود. علاوه بر این، به طور کلی قابل فهم بود که سیستم های انتقال ac برای درک شرایط دینامیکی سیستم به قدر کافی سریع نیستند. سیستم های انتقال به همراه جبرانسازهای راکتیو سری یا موازی ثابت یا با سوئیچ های مکانیکی، به همراه تنظیم کننده های ولتاژ و ترانسفورماتور-های تغییر سطح شیفت فاز طراحی می شدند تا امپدانس خط را بهینه کرده، تغییرات ولتاژ را کاهش دهند و پخش توان را تحت شرایط ماندگار یا تغییرات آهسته بار کنترل کنند. مشکلات دینامیکی سیستم معمولاً توسط طراحی های اضافی مرتفع می شد؛ سیستم های قدرت با محدوده های پایداری وسیعی برای بازگشت از شرایط کاری احتمالی غیر قابل پیش بینی ایجاد شده توسط عواملی نظیر خطا، قطع خط یا ژنراتور و خرابی تجهیزات طراحی می شدند. همه این عوامل منجر به عدم استفاده مناسب از سیستم انتقال می گردد. در سال های اخیر مشکلات انرژی، محیط زیست و هزینه، احداث نیروگاه ها و خطوط انتقال جدید را با مشکل روبرو کرده است در حالی که تقاضای توان در حال افزایش بود. این وضعیت یک بازبینی کلی بر مفهوم متداول سیستم قدرت را ایجاب کرد و تلاش برای رسیدن به قابلیت انعطاف بیشتر و استفاده بهتر از سیستم های قدرت موجود را افزایش داد. با پیشرفت های به وجود آمده در تکنولوژی ساخت قطعات نیمه هادی توان بالا و الگوریتم های کنترلی، این تکنولوژی ها کاربرد وسیعی در انتقال hvdc و سایر طرح های سیستم قدرت داشت، و تاثیر قابل توجهی در انتقال ac با استفاده از جبرانسازهای استاتیکی وار(svc) ایجاد کرد. اما جبرانسازهای استاتیکی فقط یکی از 3 پارامتر مهم (ولتاژ، امپدانس و زاویه فاز) تعیین کننده پخش توان در سیستم قدرت ac را کنترل می کردند؛ دامنه ولتاژ در ترمینال های منتخب خط انتقال. ملاحظات تئوری و مطالعات سیستم های اخیر[1] بیان می کند که پیچیدگی بیش از حد سیستم قدرت ac به هم چسبیده، اهداف کنترلی مطلوبی را برای قابلیت استفاده و عملکرد قابل انعطاف سیستم به همراه دارد، که کنترل بلادرنگ امپدانس خط و زاویه فاز را ممکن می کند. از اینرو مفهوم سیستم های انتقال ac قابل انعطاف (facts) [1] ارائه شد، که شامل استفاده از قطعات الکترونیک قدرت توان بالا و مراکز کنترلی پیشرفته، برای افزایش توانایی انتقال توان سودمند تا حد حرارتی خط می باشد. در درون چارچوب facts استفاده از جبرانسازهای سری کنترل شونده توسط تریستور برای کنترل امپدانس خط، ترانس های تغییر سطح کنترل شونده توسط تریستور جهت کنترل زاویه فاز و سایر قطعات کنترل شونده توسط تریستور برای جلوگیری از اضافه ولتاژ و متوقف کردن تغییرات دینامیکی مورد استفاده قرار گرفت. همچنین svc ها و سایر جبرانساز های کنترل شونده تریستوری که جهت کنترل پخش توان ایجاد شدند (شامل جبرانسازهای سری و شیفت فازها) سرعت لازم را جهت کنترل بلادرنگ داشتند. بنابه دلایل هارمونیک زائی و سرعت نه چندان بالای svc و همچنین عدم جبرانسازی در ولتاژها و جریان های کم، و با الهام از روش جبرانسازی کندانسور سنکرون، ایده جبرانسازهای استاتیکی بر پایه مبدل های منبع ولتاژ و دارای منبع ذخیره کننده انرژی نظیر statcom (جهت جبرانسازی موازی) و sssc (جهت جبرانسازی سری) مطرح شد. این جبرانسازها به صورت کاملاً دینامیک و بلادرنگ عمل کرده و با تزریق جریان (statcom) یا ولتاژ (sssc) به سیستم، و جبرانسازی راکتیو خط، باعث افزایش قدرت انتقالی خط، افزایش پایداری ولتاژ، جبرانسازی نوسانات توان و افزایش پایداری گذرا می شوند. ولی مشکلی که در مورد این جبرانسازها وجود داشت عدم توانائی آنها در کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو خط بود. در نهایت طرح کنترلر یکپارچه پخش توان (upfc) [2] جهت جبرانسازی سری و موازی به صورت همزمان مطرح شد. در واقعupfc برای کنترل بلادرنگ و جبرانسازی دینامیکی سیستم انتقال ac به وجود آمد. از نقطه نظر عملکرد، upfc توانائی کنترل –انتخابی یا همزمان- همه پارامتر های تاثیر گذار در پخش توان در طول خط (ولتاژ، امپدانس خط و زاویه فاز) را دارد. همچنین می تواند توان اکتیو و راکتیو جاری در خط را به طور مستقل از هم کنترل نماید. طرح کلی upfc به صورت یک مبدل است با دو سر، که یکی به صورت سری و دیگری به صورت موازی با خط انتقال وصل می شود. سمت موازی وظیفه کنترل توان اکتیو و سمت سری وظیفه کنترل ولتاژ، زاویه فاز و امپدانس خط (توان راکتیو) را دارد. در طرح upfc به طور متعارف دو مبدل منبع ولتاژ (vsc) وجود دارد که توسط یک لینک dc به صورت back-to-back به هم وصل شده اند. معمولاً مبدل سمت موازی به شکل یکسو ساز منبع ولتاژ و مبدل سمت سری به شکل اینورتر منبع ولتاژ عمل می کنند. جهت تثبیت ولتاژ و فراهم کردن امکان کنترل توان اکتیو یک خازن dc با توان قدرت بالا در لینک dc وجود دارد. توان قدرت بانک خازنی موجود در لینک dc تاثیر قابل توجهی بر روی قیمت و ابعاد upfc دارد. خازن برای مقدار معینی از ریپل ولتاژ، به عنوان نمونه 10% از ولتاژ نامی قرار می-گیرد. مشکل اساسی این خازن dc طراحی آن برای تثبیت ریپل مورد نظر است. همچنین این خازن در مقایسه با خازن های ac با توان برابر، عمر کمتری دارد. این مسائل، عمر و قابلیت عملکرد اینورتر های منبع ولتاژ را محدود می کند. این پایان نامه شامل 4 فصل می باشد که در آن بعد از بررسی لزوم استفاده از جبرانساز ها و بررسی ساختارهای موجود upfc، به اثرات حذف خازن از لینک dc موجود در upfc و همچنین طراحی، شبیه سازی و بررسی رفتار upfc بر مبنای مبدل های فاقد لینک dc (نظیر مبدل های ماتریسی) پرداخته شده است.

بحث عیب یابی ماشین آلات دوار یکی از موضوعات مهم و کاربردی در صنایع می باشد. تحلیل ارتعاشی قسمت های مختلف یک ماشین به عنوان ورودی یکی از روش های غیر مخرب و قابل اجرا در حین کار ماشین، روش مطمئن و ساده ای است که در بسیاری از موارد توصیه می شود. در این تحقیق پس از ساخت مدل ماشین دوّار چهار عیب متداول یعنی 1) نابالانسی 2) ناهمراستایی 3) خرابی یاتاقان 4) لقی مکانیکی را بطور جداگانه برروی دستگاه ایجادشده است. سپس توسط نصب پیکاپ برروی محفظه یاتاقان ها سیگنال های ارتعاشی را در فرکانس های مختلف جمع آوری نموده ایم. جهت استخراج مشخصه ها و داده های آماری، سیگنال ها بوسیله تابع تبدیل فوریه fft مورد پردازش قرار گرفته است. پس از بدست آوردن 11 داده آماری، نتایج بوسیله یک شبکه عصبی پرسپترون چند لایه( mlp ) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. کل داده های استخراج شده به صورت یک ماتریس 84×11 می باشند. از 3/2 داده ها جهت آموزش شبکه استفاده شده و از 3/1 آنها برای تست شبکه استفاده شده است. نتایج بدست آمده ازآموزش شبکه پرسپترون سه لایه نشان می دهد که این شبکه با تقریب بیش از 75 درصد، بدرستی تشخیص عیب می دهد. داده ها بوسیله شبکه عصبی rbf نیز مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت که از مقایسه نتایج حاصل از دو شبکه مشخص گردید که شبکه عصبی mlp از شبکه عصبی rbf در این تحقیق قوی تر است

در این پایان نامه طراحی و شبیه سازی یک مبدل z-source ماتریسی سه فاز انجام شده است.

با توسعه مبدل ماتریسی اسپارس، یک مبدل ماتریسی، با یک ورودی سه فاز و چند خروجی سه فاز به دست می آوریم. این مبدل به عنوان کنترل کننده توان بین خطی (ipfc) پیاده سازی می شود. روابط مربوطه را به دست آورده و محدوده عملکرد ipfc محاسبه می شود. عملکرد آن به وسیله شبیه سازی کامپیوتری نیز ارزیابی می شود. سه روش برای کنترل توان های جاری شونده در خطوط انتقال، بر روی ipfc پیشنهادی در نظر گرفته می شود. ابتدا کنترلر خطی جدا شده در نظر گرفته می شود و مزایا و معایب آن بررسی می شوند. سپس روش کنترل مد لغزشی در نظر گرفته می شود. محدوده پایدار این روش محاسبه می شود و با محدوده عملکرد ذاتی ipfc که ناشی از مقادیر نامی تجهیزات است مقایسه می شود. در نهایت با ایجاد تغییراتی در روش کنترل مد لغزشی، محدوده پایدار عملکرد آن گسترش داده می شود. در تمام مراحل فوق شبیه سازی کامپیوتری نیز برای تأیید روابط، محاسبات و تحلیل ها به کار گرفته می شود و نیز نکات مثبت و منفی هر یک از روش های کنترلی در شبیه سازی ها بررسی می شود.

گسترش روزافزون تجهیزات الکترونیک قدرت منجر به بروز آلودگی های شدید هارمونیکی در ولتاژ و جریان شبکه قدرت و ایجاد مسائل کیفیت توان شده است. از ادوات مهم برای جبران سازی شبکه های قدرت، فیلترهای فعال هستند. با افزایش بارهای غیرخطی در سیستم، افزایش ظرفیت و بهینه سازی عملکرد این فیلترها بسیار مورد توجه قرارگرفته است. یکی از روش های مطلوب برای بهبود کیفیت توان در یک شبکه توزیع برق، بکارگیری چندین فیلتر فعال به صورت توزیع شده در شبکه است. این امر تاثیر مهمی در افزایش قابلیت اطمینان شبکه خواهد داشت. هدف اصلی این پایان نامه، مشخص نمودن تعداد، مکان و اندازه مناسب چندین فیلتر فعال توزیع شده جهت کاهش آلودگی هارمونیکی سیستم، با به کارگیری الگوریتم جستجوی پرندگان می باشد. بدین منظور، تابع هدف جهت حداقل نمودن جریان تزریقی و تعداد فیلترها برای دست یابی به کیفیت ولتاژدرتمامی باس های یک شبکه توزیع برق مطابق با استاندارد ارائه شده است. در نهایت، الگوریتم پیشنهادی در یک شبکه توزیع برق37باسه مورد بررسی قرارگرفته و نتایج حاصل مورد تحلیل قرار گرفته است.

استفاده از بلبرینگ مکانیکی در ساختار ماشین های الکتریکی باعث ایجاد محدودیت در کاربرد ماشین می شود. لذا شناورسازی مغناطیسی برای تعلیق روتور مزایای بسیاری به همراه خواهد داشت. قابلیت سرعت بالاتر، کنترل مستقیم روی دینامیک روتور و حذف لرزش آن، تنظیم دقیق فاصله ی هوایی و عملکرد بدون پوشش مکانیکی، که باعث کاهش هزینه های نگهداری می شود، از جمله این مزایا است. به علاوه، گریس کاری که لازمه ی بلبرینگ های مرسوم است، در فضاهای خلاء، دماهای خیلی زیاد یا خیلی کم نمی تواند انجام شود. بنابراین، استفاده از شناورسازی مغناطیسی محدوده ی کاربرد ماشین های الکتریکی را گسترش می دهد. بلبرینگ های مغناطیسی، که از شناورسازی مغناطیسی برای تعلیق شفت استفاده می کنند، می توانند جایگزین بسیار مناسبی برای بلبرینگ های مرسوم در سرعت و دماهای بالا باشند. در ماشین های سنکرون مجهز به بلبرینگ مغناطیسی، شناور بودن روتور باعث می شود با از بین رفتن تعادل نیرو در ماشین، روتور از حالت پایدار خارج شود و محور چرخش آن برای لحظاتی از هم مرکز بودن با استاتور خارج شود. به این پدیده خروج از مرکز استاتیک روتور گفته می شود که باعث ایجاد کشش نامتعادل مغناطیسی در ماشین می شود. در این پایاننامه ابتدا سیستم تعلیق مغناطیسی روی یک محور مدلسازی شده و با تعمیم آن روی دو محور مختصات، یک مدل از بلبرینگ مغناطیسی شعاعی ارائه می شود. در ادامه، برای یک ماشین سنکرون سه فاز با تعداد قطب های مختلف یک مدل از کشش نامتعادل مغناطیسی برای خروج از مرکز روتور بدست می آید. با ادغام این دو مدل، یک مدل کلّی از ماشین سنکرون مجهز به بلبرینگ مغناطیسی ارائه می شود. به کمک این مدل بارهای مختلف مانند بارهای مکانیکی متغیر و چرخان با دامنه و فرکانس مختلف به ماشین اعمال شده و اثر سرعت چرخش بار، دامنه ی نیروی اعمالی به عنوان بار و فرکانس کاری ماشین روی جابجایی روتور ماشین بررسی می-شود.

در سالهای اخیر با توجه به کاهش و کمبود انرژی های فسیلی، تولید برق از انرژیهای دیگری که مقرون به صرفه باشد، افزایش پیدا کرده است. همچنین با توجه به آلودگی های ناشی از احتراق منابع فسیلی دلیل دیگری در توجه دولتها و دوستاران محیط زیست به تولید برق از انرژیهای پاک می باشد. دلیل دیگر افزایش توجه به منابع تولید پراکنده، تجدید ساختار در صنعت برق می باشد که سرمایه گذاری بخش خصوصی را در این زمینه افزایش داده است اتصال این منابع به شبکه های توزیع مزایا و معایب متفاوتی را در شبکه توزیع خواهد داشت.از جمله مزایای این منابع می توان به افزایش قابلیت اطمینان سیستم، اصلاح پروفیل ولتاژ، کاهش تلفات و ... اشاره نمود. همچنین یکی از مهمترین معایب اتصال این منابع به شبکه توزیع تغییر سطوح اتصال کوتاه نقاط مختلف شبکه و اختلال در سیستم حفاظتی شبکه و عملکرد نادرست این سیستم می باشد. محل نصب، میزان تولید، نوع تکنولوژی و توپولوژی شبکه تاثیرات متفاوتی را در سیستم حفاظت خواهد داشت. در این پایان نامه با اتصال منابع dg به شبکه توزیع نمونه که شبکه 13 باسه استاندارد ieee می باشد، در نرم افزار pscad/emtdc مشکلات ناشی از این تجهیزات در حفاظت شبکه توزیع بررسی شده است.

در اکثر درایو های ac استفاده از یک مبدل منبع ولتاژ فشرده با قابلیت فراهم کردن ولتاژ های خروجی با دامنه و فرکانس متغیر به طوری که جریان های کشیده شده از منبع سینوسی با ضریب توان واحد باشند، مطلوب است. از طرفی در سال های اخیر مبدل-های ماتریسی در برابر مبدل های معمول دو طبقه ی ac-dc-ac مورد توجه قرار گرفته اند. علت این امر را می توان این دانست که مبدل ماتریسی مدار قدرت ساده و فشرده ای دارد به طوری که مستقیما هر یک از خطوط خروجی مبدل را بدون نیاز به المان های ذخیره کننده ی انرژی، به یکی از خطوط ورودی وصل می کند. به همین علت در کاربرد های درایو های موتور، فضایی و دریایی که فضا و وزن فاکتور های مهمی هستند ، مبدل های ماتریسی پتانسیل خوبی دارند. به علاوه برای اطمینان از شرایط مطلوب در سمت منبع از نقطه نظر مهندسی و اقتصادی، ضریب توان ورودی تا حد ممکن نزدیک به یک از اهمیت برخوردار است. زیرا واحد ارزیابی ژنرتور ها در سیستم قدرت کیلوولت آمپر(kva) می باشد، این در حالی است که خروجی مفید آن ها بستگی به کیلو وات (kw ) خروجی آن ها دارد. به طوری که هر چه ضریب توان ورودی بزرگتر باشد کیلووات ساعت (انرژی) تحویلی به مبدل و بار بیشتر است. به علاوه بافرض توان و ولتاژ ثابت در سمت منبع هر چه ضریب توان کمتر باشد جریان کشیده شده از منبع و بالطبع تلفات در کلیه ی اجزاء سیستم قدرت افزایش می یابد که مسلما در نتیجه ی آن بازده سیتم کاهش می یابد. در این پایان نامه از ساختار مبدل ماتریسی سه فاز به دو فاز با سه ساق استفاده شده است. این ساختار به صورت مستقیم خطوط ac ورودی سه فاز را به بار دو فاز از طریق کلید های دو طرفه بدون استفاده از لینک حجیم dc وصل می کند. تکنیک مدالاسیون ارائه شده برا ی این ساختار بر اساس روش کنترل غیر مستقیم مبدل ماتریسی و با در نظر گرفتن آن به صورت دو طبقه ی یکسوساز و اینورتر که توسط لینک dc مجازی به هم متصل شده اند، می باشد. این روش بردار های فضایی مناسب برای دو بخش یکسوساز و اینورتر را در هر بازه ی کلیدزنی به گونه ای ترکیب می کند که اهداف زیر برآورده شوند:خطای ضریب توان ورودی در باند هیسترزیس مورد نظر باشد به گونه ای که مقدار آن واحد باشد، شکل موج های خروجی سینوسی با دامنه و فرکانس قابل کنترل باشند و تعداد کلیدزنی در هر بازه ی کلیدزنی کمینه باشد.

چکیده سیستمهای قدرت در معرض اختلالات فرکانس پایین قرار دارند که ممکن است باعث از بین رفتن سنکرونزاسیون و از کار افتادگی احتمالی کل سیستم شود. نوساناتی که عموما در محدوده فرکانسی 0.3هرتز و 0.2 هرتز قرار دارند ممکن است توسط اختلالاتی که در سیستم و در برخی مواقع حتی ممکن است خودبخود بوجود آید. این نوسانات قابلیت انتقال توان یک شبکه را محدود می کند و در برخی مواقع باعث از بین رفتن سنکرونزاسیون و از کار افتادگی احتمالی کل سیستم گردد. برای همین از پایدار ساز های سیستم قدرت جهت تولید سیگنال کنترلی کمکی برای سیستم تحریک جهت از بین بردن این نوسانات فرکانس پایین استفاده می شود. استفاده از پایدار سازهای سیستم قدرت در سیستم- های قدرت بزرگ عمومیت پیدا کرده است. پایدار سازهای سیستم قدرت سنتی بعنوان جبران کننده lead-lag مورد استفاده قرار می گیرند که بصورت تنظیم بهره برای شرایط کارکردی خاصی طراحی شده، کارایی کمی از خود در شرایط سخت بارگذاری نشان می دهند. تغییر مکرر وضعیت سیستم قدرت شرایط سختی را برای cpss فراهم می آورد. برای همین طراحی یک پایدار ساز که کارایی خوبی در تمام نقاط کار سیستم قدرت داشته باشد خیلی مشکل است. برای غلبه بر اشکال پایدار ساز سیستم قدرت سنتی (cpss) تکنیک های زیادی مانند منطق فازی، الگوریتم ژنتیک، شبکه عصبی و غیره در مقالات پیشنهاد شده است.اما برای پوشش محدوده وسیعی از شرایط کارکرد سیستم روش منطق فازی بعنوان راه حلی برای مشکل ارائه شده در پایدار سازهای سنتی پیشنهاد شده است. لذا با استفاده از این روش از بکارگیری مدل ریاضی پیچیده جلوگیری می شود که تحت شرایط مختلف کاری نتایج خوبی را ارائه می دهد. منطق فازی مزایایی چون ساده بودن مفهوم، پیاده سازی آسان دارد. در این پایان نامه پایدارساز سیستم قدرت مبتنی بر منطق فازی در یک سیستم قدرت چند ماشینه که یکی از ورودی های آن توان انتقال یافته بین نواحی است ارائه و با پایدارساز سیستم قدرت سنتی مقایسه می شود.

استفاده از منابع تولیدات پراکنده در شبکه¬های قدرت جدید شناخته شده با عنوان شبکه¬های هوشمند، بیش از پیش موردتوجه قرار گرفته است. منابع انرژی تولید پراکنده با اهداف گوناگون از جمله افزایش بازدهی انرژی و قابلیت اطمینان سیستم¬های توزیع هوشمند مورد استفاده قرار می¬گیرند. هرچند با توجه به تغییراتی که این منابع در شبکه ایجاد می¬کنند و هماهنگی حفاظتی را دچار مشکل می¬سازند، مانند افزایش جریان اتصال کوتاه در باس¬های گوناگون نسبت به شرایطی که این منابع در شبکه وجود ندارند و تغییر پیکربندی سیستم پس از اتصال این منابع که ممکن است شبکه را از حالت شعاعی خارج نماید. از نظر حفاظت، حضور این منابع، بهره¬برداران شبکه را با چالش¬های و مسائل جدی روبرو ساخته است. در این پایان¬نامه با استفاده از الگوریتم پیشنهادی مسئله جایابی امپدانس¬های سوئیچ شونده تریستوری (tci) برای یک، دو و سه tci به طور جداگانه حل شده است. تجدید آرایش و شرایط کارکرد منابع تولید پراکنده در حالت جزیره¬ای نیز مورد بررسی قرار گرفته¬اند. ساختار داخلی یک تحقق از امپدانس سوئیچ شونده نیز مورد بررسی قرار گرفته است و شبیه¬سازی¬ها با توجه به محدودیت¬های معرفی شده در این ساختار تکرار شده¬اند. نتایج این بررسی¬ها به تفکیک در ادامه بررسی خواهد شد. از الگوریتم ژنتیک برای یافتن جواب بهینه مسئله استفاده شده است. روش پیشنهادی بر روی شبکه تست نمونه 30 باسه پیاده¬سازی شده است. نتایج بدست آمده نشان از تاثیرات مثبت امپدانس¬های سوئیچ شونده تریستوری بر بهبود هماهنگی حفاظتی شبکه دارد.

یکی از مبدل¬های مهم در الکترونیک قدرت اینورترها یا مبدلهای dc-ac می¬باشند. وظیفه اینورترها تبدیل ولتاژ ورودی مستقیم به یک ولتاژ خروجی متناوب و متقارن با دامنه و فرکانس مطلوب می¬باشد. شکل موج ولتاژ خروجی در اینورتر باید سینوسی باشد ولی در عمل این شکل موجها غیر سینوسی بوده و دارای هارمونیک می¬باشند. هارمونیک¬ها مشکلات بسیاری را برای سیستم قدرت و تجهیزات الکتریکی مانند ایجاد تلفات در سیستم قدرت و ادوات الکتریکی، ایجاد حرارت نامطلوب و غیر¬مجاز، ایجاد جریان بار بالا، ایجاد نویز القایی در سیستم¬های کنترل و عملکرد نامطلوب ماشینهای گردان و تجهیزات اندازه گیری و رله هاو.... بوجود می¬آورند. وجود هارمونیک¬های ولتاژ در خروجی اینورترها به¬خصوص در ولتاژها و توانهای بالا قابل قبول نمی¬باشد. از سوی دیگر کاربرد اینورترها در توان و ولتاژ بالا نیازمند ساخت اینورترها با قطعاتی است که قابلیت کار در ولتاژ و توان بالا را داشته باشند که این مسئله باعث محدودیت کاربرد اینورترها و افزایش بسیار زیاد هزینه می¬گردد. راه حلی که می¬تواند هردوی این مشکلات را بهبود بخشد استفاده از اینورترهای چندسطحی می¬باشد که باعث گردیده است که مقادیر نامی ادوات الکترونیک قدرت مورد استفاده پایین بیاید و محتوای هارمونیکی شکل موجهای خروجی اینورتر کاهش یابد. در نتیجه در سالهای اخیر اینورترهای چند¬سطحی مورد توجه زیادی بوده¬اند. یکی از مهمترین مشخصات اینورترهای چند¬سطحی کاهش سطح هارمونیکی ولتاژ خروجی می¬باشد، اما کمتر به بررسی تحلیلی و جامع این هارمونیک¬ها پرداخته شده است. این تحقیقات به علت پیچیدگی بحث¬های هارمونیکی بیشتر مبتنی بر نتایج شبیه¬سازی بوده و کمتر نتایج تحلیلی و محاسباتی به¬دست آمده¬است. همچنین تحقیقات انجام گرفته اکثرا در حالت ایده¬آل می¬باشد یعنی مدار و کلیدزنی آن کاملا به¬صورت متقارن در نظر گرفته¬شده¬است، منابع dc یکسان و بدون ریپل در نظر گرفته¬شده¬اند و شرایط کاربردهای عملی در نظر گرفته¬نشده¬است.ولی در مدارات عملی معمولا حالت¬های غیر ایده¬آل وجود دارند و هریک از آنها می¬تواند تاثیر بسیار زیادی بر روی هارمونیک¬های ولتاژ خروجی گذاشته و مقادیر این هارمونیک¬ها را تا حد غیر¬قابل قبولی بالا ببرند. در این رساله هدف مدل سازی و بهبود هارمونیکی مبدل¬های چند سطحی می¬باشد. به¬خصوص این هارمونیک¬ها در برخی حالت¬های غیر¬ایده¬آل محاسبه می¬گردند زیرا هارمونیک¬های اینورترهای چندسطحی در حالت¬های غیر¬ایده¬آل افزایش قابل ملاحظه¬ای می¬یابند. نمونه¬هایی از حالت¬های غیرایده¬آل دارای ریپل بودن ورودی dc در صورت استفاده از منابع انرژی¬های تجدید پذیر مثل سلولهای خورشیدی(pv) و...در سمت ورودی اینورتر و یا نامتعادلی در کلید¬زنی در اینورترهای چندسطحی می¬باشد. هارمونیک¬ها در این حالت¬های غیر¬ایده¬آلی اینورترها، با فرمول¬های ریاضی محاسبه گردیده¬است. برای بررسی تحلیلی مدل مناسبی برای اینورترهای چندسطحی در نظر گرفته شده و به کمک این مدل روابط تحلیلی برای هارمونیک¬های خروجی به دست آورده شده¬است. با استفاده از این روابط تحلیلی، هارمونیک¬های تولیدی به طور دقیق قابل محاسبه می¬باشند. بنابراین از این محاسبات می¬توان در کاربردهای طراحی و بهینه¬سازی استفاده کرد. با استفاده از این روابط تحلیلی روشی برای کاهش هارمونیک¬های خروجی در حالت کلید¬زنی نامتقارن ارائه¬شده ¬است. همچنین در این رساله در حالت ولتاژهای ورودی نامساوی، روش کلید زنی انتخابی به اینورتر چند سطحی و مدولار اعمال شده و زوایای کلید¬زنی با استفاده از روش بهینه¬سازی جستجوی هارمونی محاسبه گردیده¬است.