امروزه مبحث هارمونیک‎ها یکی از مباحث مهم در بررسی وضعیت کیفیت توان شبکه‎های الکتریکی به شمار می‎آید. گسترش روزافزون استفاده از تجهیزات هارمونیک‎زا نظیر کوره‎های قوس الکتریکی و تجهیزات الکترونیک قدرت در صنایع و استفاده از وسایل روشنایی با مشخصه غیر خطی مانند لامپ‎های کم مصرف و فلورسنت در اماکن مسکونی و تجاری از یکسو و افزایش حساسیت تجهیزات مورد استفاده در شبکه‎های برق به هارمونیک‎ها از سوی دیگر باعث شده است تا اهمیت این موضوع دوچندان شود. استانداردهای بین‎المللی، متولیان شبکه‎های برق را موظف به رعایت ضوابط و حدودی می‎کنند که بر اساس آن‎ها، سطح هارمونیک‎ها در شبکه‎های برق نباید از محدوده معینی فراتر برود. در غیر اینصورت، متولیان شبکه‎های برق باید در قبال خسارات احتمالی وارده به مشترکین حساس به هارمونیک‎ها پاسخگو باشند. نکته قابل توجه در اینجا این است که اکثر قریب به اتفاق تجهیزات هارمونیک‎زا در سمت مشترکین قرار دارند. به همین دلیل متولیان شبکه‎های برق با ابلاغ قوانین و دستورالعمل‎های لازم، مشترکین آلوده کننده را موظف به محدود کردن میزان آلودگی می‎نمایند. برای تعیین میزان هارمونیک تولیدی یک مشترک روش‎‎های مختلفی ارائه شده است که میزان هارمونیک تولید شده توسط یک مشترک را تعیین می‎کند. اما تنها عامل ایجاد آلودگی هارمونیکی در شبکه برق، مشترکین آلوده کننده آن نبوده و انتقال آلودگی از شبکه‎های مجاور به این شبکه نیز می‎تواند باعث آلودگی آن شود. با توجه به ساختار حلقوی و به هم پیوسته شبکه‎های برق گسترده نظیر شبکه برق کشور ما، مسیرهای مختلفی برای انتقال هارمونیک‎ها بین بخش‎های مختلف شبکه وجود خواهد داشت. در این زمینه لازم است نحوه و مقدار انتقال آلودگی هارمونیکی بین بخش‎های مختلف یک شبکه حلقوی بررسی گردد. از طرف دیگر روش‎های تعیین جهت هارمونیک تولیدی در نقاط ارتباطی شبکه‎های شعاعی، در شبکه‎های حلقوی قابل استفاده نیست. در این پایان نامه با بهره‎گیری از روش‎های تعیین جهت آلودگی هارمونیکی در شبکه‎های شعاعی و تعمیم آن‎ها، روشی ارائه می‎شود که با استفاده از آن می‎توان در شبکه‎های حلقوی و به هم پیوسته به تعیین سهم هارمونیکی خطوط متصل به یک باسبار پرداخت. در این روش با استفاده از نتایج اندازه گیری در نقاط ارتباطی بین شبکه‎های برق مجاور و شبیه سازی شبکه مورد نظر در نرم‎افزار تحلیل هارمونیکی شبکه، امکان تعیین سهم هر بخش در آلودگی هارمونیکی در باسبار مورد نظر فراهم می‎شود.

این رساله به بررسی جامع حالت ماندگار یک بازیابنده دینامیکی ولتاژ بین خطی (idvr) می پردازد. در این مسیر به طور مشخص اهداف زیر دنبال می ‏شوند: الف) ارزیابی محدوده‏ جبران در ساختار idvr عملکرد idvr مبتنی بر مبادله‏ توان اکتیو بین فیدرهای مجاور و بدون نیاز به ادوات ذخیره کننده انرژی می‏ باشد. لذا محدودیت در مبادله‏ توان اکتیو بین فیدرهای سالم و معیوب، موجب تعیین محدوده‏ جبران در یک idvr می‏ گردد. برآورد قابلیت جبران در idvr با توجه به شرایط بار فیدرها، از لحاظ تصمیم گیری برای ایجاد این ساختار و برآورد میزان کارایی حاصل از آن، حائز اهمیت است. تحقق این موضوع، مستلزم تشکیل و حل یک مسأله‏ ی غیرخطی چند متغیره با قیود مختلف می‏ باشد. لذا یکی از اهداف این تحقیق، ارائه الگوریتمی برای محاسبه محدوده‏ ی جبران idvr در حالت ماندگار برای انواع تغییرات ولتاژ متعادل و نامتعادل و با در نظر گرفتن مقادیر مختلف پرش زاویه ‏ولتاژ می باشد. ب) ارائه‏ استراتژی مناسب برای انتخاب مقادیر نامی dvrها در یک idvr استفاده از استراتژی‏های متعارف مینیمم انرژی و مینیمم مقدار نامی (یا استراتژی همفاز) برای طراحی dvrهای موجود در ساختار idvr مناسب نمی باشند. لذا ارائه‏‏‏‏ یک استراتژی مناسب برای طراحی و انتخاب ولتاژ نامی dvrهای موجود در ساختار idvr ضروری به نظر می ‏رسد. استراتژی طراحی باید به گون ه‏ای باشد که اولاً، امکان جبران انواع مشخصه‏ های اختلال ولتاژ مورد نظر در هر کدام از فیدرها را فراهم سازد و ثانیاً، حداقل مقادیر نامی ممکن را برای dvrهای موجود در ساختار idvr انتخاب نماید. ارائه‏ این استراتژی، یکی دیگر از اهداف این تحقیق می‏ باشد. در این تحقیق با انتخاب "مینیمم سازی مجموع توان ظاهری نامی dvrها" به عنوان یک تابع هدف، یک مسأله بهینه‏ سازی تشکیل می‏ شود. در این روند ابتدا مسأله برای جبران اختلال‏های سه فاز متعادل بررسی شده و در ادامه، مسأله‏ بهینه سازی مورد نظر به سایر انواع اختلال‏های ولتاژ متعادل و نامتعادل تعمیم داده می‏شود و لزوم و نحوه‏ تشکیل مسأله‏ بهینه سازی با در نظر گرفتن همزمان همه‏ انواع اختلال‏های ولتاژ مورد بررسی قرار می گیرد. ج) بررسی قابلیت جبران idvr در شرایط وقوع اختلال ولتاژ همزمان در فیدرها اگر فیدرهای idvr کاملاً مستقل نباشند، آنگاه هر دو فیدر به طور همزمان ممکن است دچار اختلال ولتاژ شوند که در این صورت، مبادله‏ توان اکتیو بین فیدرها می‏تواند محدود‏تر شود. این موضوع روی محدوده‏ جبران idvr و همچنین روی مقادیر نامی dvrهای idvr اثرگذار است. لذا یکی از اهداف دیگر این تحقیق، بررسی اهداف تشریح شده در قسمت‏های (الف) و (ب) در شرایط وقوع اختلال ولتاژ همزمان در فیدرها می‏ باشد. د) بررسی اثر بارهای نامتعادل بر روی قابلیت جبران idvr در یک سیستم توزیع، بارها در بسیاری از موارد نامتعادل می‏ باشند. نامتعادل بودن بار می‏ تواند روی ولتاژ و توان اکتیو dvrهای فیدرهای معیوب و سالم در حالت ماندگار تأثیر داشته باشد بویژه اگر اختلال‏های ولتاژ بصورت نامتعادل باشند. لذا یکی دیگر از اهداف این تحقیق، بررسی اهداف تشریح شده در قسمت‏های (الف) و (ب) در شرایط نامتعادلی بار فیدرها می باشد.

بارهایی در حد چند کیلو وات همه روزه توسط شبکه ‏‎ac‎‏ شهری تغذیه می شوند. دستگاه جوش الکتریکی ، موتورهای القایی نسبتا بزرگ و ... از آن جمله اند . این بارها باعث افت ولتاژ و نوسان آن برای مصرف کنندگان مجاور می شوند. کارگاههای صنعتی کوچک که در مجاورت مصرف کنندگان خانگی قرار دارند نیز باعث اختلالات ولتاژ شبکه شده و نارضایتی آنها را باعث می شوند. راه حل عمده این مسائل استفاده از جبران کننده های استاتیکی موازی می باشد. اما به کارگیری جبران کننده ها ی استاتیکی در توانهای پایین (کمتر از ‏‎10mva‎‏) به دلایل اقتصادی از قبیل هزینه طراحی و هزینه تولید تاکنون انجام نیافته است. دراین پروژه یک جبران کننده از نوع ‏‎tcr/fc‎‏ با توان ‏‎0.78kvar‎‏ طراحی و شیه سازی و ساخته می شود. ویژگی این جبران کننده سرعت بالا (در حد انواع سریع مشابه) و هزینه پایین آن می باشد. مقصود معرفی یک روش ساده برای طراحی نمونه های کاربردی می باشد. طراحی به کمک شبیه سازی کامپیوتری برای پیاده سازی آنالوگ سیستم کنترل سیدن به سرعت و دقت لازم را آسان کرده است. با این روش حجم کار طراحی و هزینه تولید جبران کننده به نحوی که کاربرد آن را در توانهای پایین بویژه برای بارهایی که نسبت توان راکتیو به اکتیو آنها پایین است ( عدم نیاز به فیلترهای هارمونیک) توجیه کند، پایین می آید. ویژگیهای بیان شده به کمک نتایج شبیه سازی و پیاده سازی عملی و مطابقت آنها تایید می گردند.