چکیده با توجه به مزایای فراوان منابع تولید پراکنده در شبکه های توزیع، کاربرد آنها به سرعت در حال افزایش است. با وارد شدن منابع پراکنده به سیستم های توزیع، مفهوم ریزشبکه (mg) در حوزه سیستم های انرژی الکتریکی مطرح شده است. ایده شکل گیریmg ، کنترل هماهنگ منابع پراکنده و داشتن یک سیستم الکتریکی با قابلیت اطمینان بالا است که بطور اقتصادی مورد بهره برداری قرار گیرد. واحدهای تولید پراکنده موجود در یک ریزشبکه دارای ظرفیت توان کوچک و مشخصه های تولید مختلف هستند، معمولا منبع غالب تولید انرژی برای کنترل فرکانس در حالت خودگردان وجود ندارد و پاسخ سریع واحدهای تولید پراکنده مبتنی بر اینورتر و ظرفیت اضافه بار محدود آنها می تواند باعث ایجاد برخی از مسائل دینامیکی در سیستم شود. لذا به منظور عملکرد صحیح یک ریزشبکه، بویژه در حالت خودگردان، به یک استراتژی مدیریت توان (pms) مناسب نیاز است. استراتژی مدیریت توان باید بگونه ای باشد که علاوه بر تقسیم مناسب بار بین واحدهای تولید، به اغتشاشات و گذراهای ناشی از تغییر در حالت کار سیستم پاسخ مناسب بدهد. اغلب کنترلهای بی سیم از روش های افتی معمول، یعنی روش افتی ?-p برای تقسیم توان حقیقی و روش افتی e-q برای تقسیم توان راکتیو در حلقه های کنترل توان استفاده می کنند. روش های افتی برای تقسیم توان حقیقی و راکتیو بین واحدهای تولید پراکنده در ریزشبکه هایی که در حالت خودگردان کار می کنند استفاده شده است. اما در برخی شرایط، استفاده از این روشها با اشکالات جدی از جمله وجود تزویج بین کنترل های توان حقیقی و راکتیو، تقسیم توان راکتیو نامناسب بین منابع و رفتار دینامیکی و گذرای نامطلوب تقسیم توان مواجه است. به همین منظور در این تحقیق استراتژیهای جدید کنترل توان مبتنی بر روش غیرمتمرکز برای یک ریزشبکه خودگردان متشکل از منابع ولتاژ اینورتری ارائه می گردد و در آن سعی می شود تقسیم توان بین منابع، بخصوص در شرایط وجود تزویج بین توانهای حقیقی و راکتیو بهبود یابد، تنظیم ولتاژ در باسهای ریزشبکه و بطور خاص در باسهای حساس ارتقا یابد، مصرف سوخت در ریزشبکه کاهش، و رفتار گذرا و دینامیکی ریزشبکه بهتر گردد. در اینجا به جای مشخصه های افتی معمول توان که مشخصه هایی خطی و استاتیک هستند، مشخصه های غیرخطی و دینامیکی پیشنهاد می گردد. مشخصه های پیشنهادی بر اساس مدل ریزشبکه طراحی می شوند و پارامترهای آنها بنحوی تعیین می گردند که نسبت به نامعینی های ریزشبکه مقاوم باشند. این مشخصه ها بر اساس حل مسائل بهینه سازی با معیار مختلف بهره برداری مانند بهبود تقسیم توان بین منابع، بهبود پروفیل ولتاژ در باسهای ریزشبکه،کاهش مصرف سوخت ریزشبکه و معیار پاسخ گذرای توان منابع تعیین می شوند. کلمات کلیدی- منابع تولید پراکنده، ریزشبکه، استراتژی مدیریت توان، مشخصه های کنترل فرکانس و ولتاژ، نامعینی های ریزشبکه

استفاده از منابع پراکنده علاوه بر مزایای فنی و اقتصادی، مشکلاتی را نیز برای سیستم به همراه خواهد داشت. یکی از این مشکلات، جزیره ای شدن غیرعمدی است. این حالت زمانی اتفاق می افتد که اتصال شبکه قدرت اصلی به سیستم توزیع قطع شود ولی منابع پراکنده همچنان به تغذیه بارهای محلی ادامه دهند. جزیره ای شدن غیرعمدی علاوه بر اینکه ممکن است به تجهیزات آسیب برساند می تواند خطراتی را نیز برای جان افراد ایجاد کند، بنابراین تشخیص و جلوگیری از وقوع این حالت دارای اهمیت است. نوع دیگر جزیره ای شدن، جزیره ای شدن عمدی است. در این حالت، منبع پراکنده به منظور افزایش قابلیت اطمینان سیستم به صورت جزیره ای عمل می کند و تغذیه بارهای حساس را بر عهده خواهد داشت. در این پایان نامه عملکرد برخی از روش های پسیو تشخیص جزیره ای شدن غیرعمدی در حضور منابع اینورتری مورد بررسی قرار گرفته است. تاثیر نوع کنترل اینورتر روی ناحیه غیر قابل تشخیص روش های پسیو ولتاژ و فرکانس بررسی شده است. این مطالعات برای هر دو حالتی که منبع در ضریب توان واحد کار می کند و یا به منظور اصلاح ضریب توان استفاده می شود انجام گرفته است. از دیگر عواملی که در مسئله تشخیص جزیره ای شدن موثراند نوع بار محلی است. در اکثر مطالعات تشخیص جزیره ای شدن، بار به صورت بار امپدانس ثابت مدل می شود. از آنجاییکه معمولا بارهای موجود روی فیدرهای توزیع به صورت ترکیبی از بارهای توان ثابت و امپدانس ثابت هستند، در این پایان نامه از مدل بار چندجمله ای وابسته به ولتاژ و فرکانس برای مطالعات تشخیص جزیره ای شدن استفاده شده است و اثر پارامترهای مختلف آن روی ناحیه غیرقابل تشخیص نشان داده شده است. یکی دیگر از روشهای پسیو تشخیص جزیره ای شدن، روش تشخیص بر اساس هارمونیک ها می باشد. این روش جزیره ای شدن را با اندازه گیری اعوجاج هارمونیکی ولتاژ و مقایسه آن با آستانه های تعیین شده توسط استانداردها تشخیص می دهد. این روش برخلاف روش های پسیو مبتنی بر ولتاژ وفرکانس ممکن است در حالت هایی که بار محلی و خروجی اینورتر با یکدیگر تطبیق دارند نیز به درستی عمل کند. راه اندازی بارهایی نظیر یکسوکننده ها و موتورهای القایی سبب افزایش ناگهانی اعوجاج هارمونیکی در سیستم می شود و در نتیجه موجب تشخیص اشتباه این روش با حالت جزیره ای می شود. برای رفع این مشکل روشی براساس تزریق توان راکتیو منبع ارائه شده است.

تجهیزات و وسایل کنترل جدید همانند سیستم های انتقال جریان متناوب انعطاف پذیر (facts) برای افزایش پایداری و قابلیت اطمینان سیستم های قدرت استفاده می شوند. در این پایان نامه کنترل کننده پخش توان بین خطوط (ipfc) که یکی از ادوات facts نسل جدید است، برای کنترل نوسانات فرکانس پایین (lfos) سیستم قدرت استفاده شده است. برای کنترل lfos با استفاده از ipfc یک مدل پخش بار بهینه برای بدست آوردن نقطه کار پیشنهاد شده است. در این پایان نامه مدل سازی دینامیکی سیستم های قدرت تک ماشینه و چندماشینه با حضور ipfc بر اساس یک مدل پیشرفته توسعه داده شده است. برای طراحی کنترل کننده های lfos یک فرآیند بهینه برای جایابی مقادیر ویژه مربوط به مدهای الکترومکانیکی پیشنهاد و به صورت یک مسئله بهینه سازی تعریف شده است. برای حل این مسئله بهینه سازی یک الگوریتم بهینه سازی سراسری با نام الگوریتم جستجوی نسبیت عام (grsa) معرفی و توسعه داده شده است. کنترل کننده های lfos طراحی شده با grsa برای سیستم های قدرت آزمایش و ارزیابی شده اند.

استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر با توجه به اثرات مخرب زیست محیطی منابع انرژی فسیلی در حال افزایش است. انرژی تولیدی باد به عنوان یکی از منابع انرژی تجدید پذیر با سرعت چشمگیری در حال گسترش است. روند روبه رو رشد استفاده از منابع بادی موجب تدوین دستورالعمل¬های جدیدی برای اتصال سیستم های تبدیل انرژی باد (wecs) به شبکه شده است. انجام پشتیبانی¬های لازم مزارع بادی در طی وقوع خطا و پس ازآن در حفظ پایداری و افزایش قابلیت اطمینان شبکه ضروری است. دستورالعمل¬های شبکه با رشد استفاده از منابع بادی علاوه بر حفظ اتصال این منابع در طی وقوع فرورفتگی¬های ولتاژ، تأمین توان اکتیو و راکتیو توسط آن¬ها را ضروری می¬دانند. از میان انواع توربین¬های بادی سرعت متغیر، ژنراتور¬های القایی دوسویه تغذیه (dfig) با عملکرد سرعت متغیر و استفاده از مبدل توان مقرون به صرفه بسیار موردتوجه است. فرورفتگی ولتاژ در نقطه اتصال مشترک (pcc) باعث اضافه جریان و یا اضافه ولتاژ¬ مدار روتور dfig می¬شود که عدم در نظر گرفتن تمهیدات لازم امکان آسیب رسیدن به مبدل روتور را افزایش می¬دهد. روش¬های حفاظتی مرسوم مبدل روتور باعث توقف تولید توان اکتیو و راکتیو dfig در طی وقوع خطا می¬شود. در این تحقیق، افزایش توانایی قابلیت عبور از خطای(frt) dfig با استفاده از بازیاب دینامیکی ولتاژ(dvr) پیشنهادشده است. اتصال سری dvr با استاتور dfig باعث جلوگیری از اثر خطاهای ولتاژ شبکه بر مزرعه بادی می¬شود. در این تحقیق با پیشنهاد طرح کنترل ولتاژ دوگانه¬ای، جبران¬سازی فرورفتگی های ولتاژ متقارن و نامتقارن انجام شده است. در این طرح کنترلی، مولفه های توالی مثبت و منفی قاب مرجع dq به طور جداگانه پیاده سازی می¬شود. با توجه به اینکه چالش اصلی dvr در مقایسه با دیگر روش های بهبود frt هزینه پیاده سازی این روش است لذا طرح کنترل جدیدی برای تزریق بهینه ولتاژ پیشنهادشده است. با پیاده سازی طرح مذکور، علاوه بر تزریق بهینه توان توسط dvr از افزایش ولتاژ dc جبران¬ساز در حین خطا جلوگیری می¬شود. به این ترتیب استفاده از dvr به عنوان راه حلی موثر در افزایش frt و رعایت دیگر ضروریات دستورالعمل¬های جدید قابل استفاده است. با انجام شبیه سازی بر روی یک سیستم نمونه، کارایی روش پیشنهادی موردبررسی و تأیید قرارگرفته است.

هدف از این پایان نامه ارائه یک روش برای مدیریت بهینه انرژی الکتریکی و گرمایی منابع موجود در یک ریزشبکه با در نظر گرفتن معیارها و قیود فنی و اقتصادی می باشد. مدیریت بهینه انرژی ریزشبکه در دو حالت اتصال به شبکه و عملکرد مستقل (جزیره ای) بهینه سازی شده است.در این پایان نامه هزینه سوخت و آلایندگی ریزشبکه به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده است و با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (pso) حل شده است. اما سرعت محاسبات الگوریتم های تکاملی در کاربردهای آنلاین مناسب نیست. ازاین رو یک شبکه عصبی توسط داده های به دست آمده از بهینه سازی به منظور مدیریت آنلاین ریزشبکه آموزش داده شده است.

ریزشبکه قسمتی از شبکه توزیع است که از یک یا تعدادی واحد تولیدپراکنده، خطوط انتقال و بارهای متصل به آن تشکیل شده است و می تواند در دوحالت متصل به شبکه و یا مستقل از آن عمل می کند. مفهوم ریزشبکه متصل به شبکه از طریق منبع ولتاژ اینورتری یک فن آوری نوپا برای ادغام هوشمند واحدهای تولید پراکنده dc به شبکه قدرت مرسوم است که در آن منبع ولتاژ اینورتری نقش تبدیل dc به ac را با استراتژی های کنترل مناسب ایفا می کند. ریزشبکه ها ابزاری جهت تحقیق شبکه-های هوشمند هستند که قابلیت بهره برداری از کلیه پتانسیل های انرژی تجدیدپذیر و منابع ذخیره ساز را فراهم می سازند. داشتن عملکردی مشابه با ژنراتور سنکرون در ریزشبکه بعلت ویژگی های میراکنندگی، اینرسی و تقسیم بار، چندین مزیت در پایداری و قابلیت اطمینان سیستم قدرت فراهم می کند. بنابراین اگر منبع ولتاژ اینورتری بکار رفته برای اتصال ریزشبکه بتواند از رفتار این ویژگی ها الگوبرداری نماید، پایداری و قابلیت اطمینان ناشی از ژنراتورهای سنکرون در شبکه های قدرت مرسوم در ریزشبکه ها نیز پیاده سازی خواهد شد.

در این پایان نامه وقوع پدیده تشدید زیر سنکرون‎ ‎(‎ssr)‎ ‎در ژنراتور القایی دو سو تغذیه شونده‎‎‎‎ ‎(‎dfig)‎‎ ‎ ‎ به عنوان مزارع بادی با حضور خازن سری خط مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. با گسترش مزارع بادی مقدار انرژی زیادی از طریق این نیروگاه ها تولید می گردد که مستلزم انتقال این توان به سمت مصرف کننده از طریق خط انتقال است. جبران سازی خط با خازن سری اقتصادی ترین روش برای افزایش حداکثر توان انتقالی سیستم قدرت است. ‎از طرفی یکی از بدترین اثرات جبران سری خط‏، افزایش احتمال وقوع پدیده تشدید زیر سنکرون است. تشدید زیرسنکرون در حالت ماندگار‏، دارای دو نوع مختلف است که عبارت اند از: 1) تداخل پیچشی ‎ ‎(‎ti)‎ ‎ 2) اثر ژنراتور القایی‎‎ ‎‎ ‎(‎ige)‎ ‎ ‎.‎ ‎‎ابتدا برای میرا نمودن ‎ ige ‎ در سیستم مورد مطالعه‏، از طراحی ضرایب ‎ ‎pi‎ ‎‎ ‎استفاده شده است، سپس جهت کاهش نوسانات زیر‎سنکرون و بهبود میرایی‏، پایدارساز پس فاز/پیش فا‎ز‎ در مبدل سمت شبکه ‎ dfig ‎ ‎‎پیاده سازی شده است و مقایسه ای بین دو کانال مبدل سمت شبکه ‎ dfig ‎ جهت کاهش ‎ ssr‎انجام شده است. نتایج براساس آنالیز سیگنال کوچک و پاسخ های دینامیکی در حوزه زمان نشان داده شده است.

در سال های اخیر نگرانی های مربوط به تاثیرات مخرب و زیست محیطی نیروگاه های سوخت فسیلی یکی از مهمترین عوامل گرایش به تولیدات پراکنده و ریز شبکه ها برای بهره وری بالای انرژی الکتریکی است. یکی از مهم ترین چالش های ریزشبکه ها داشتن روش مناسب برای تشخیص جزیره ای شدن در این بخش از سیستم توزیع می باشد. در این پایان نامه یک روش ترکیبی جدید مبتنی بر اندازه گیری و ایجاد اغتشاش کنترل شده ارائه شده است. در بخش اندازه گیری اندیس جدید تغییرات ولتاژ نسبت به توان اکتیو پیشنهاد شده است. اغتشاش کنترل شده مبتنی بر مفهوم فیدبک مثبت در ژنراتورهای سنکرون است. شبیه سازی های روش پیشنهادی در محیط نرم افزار matlab/simulink انجام گرفته و نتایج شبیه سازی نشان دهنده ی کارایی روش پیشنهادی در مقایسه با سایر روش های متداول است.

با رشد سیستم های قدرت لازم است نگاه ویژه ای به استفاده از ادوات انتقال ac قابل انعطاف (facts) و همچنین تحلیل های غیرخطی جهت حفظ پایداری دینامیکی سیستم انجام گیرد. ادوات facts، اثرات قابل ملاحظه ای در تعدیل اثرات وقوع خطا دارند که با فراهم نمودن منبعی کمکی برای تامین توان راکتیو، این مهم صورت می گیرد. هم چنین تحلیل های غیرخطی، مشکل اصلی در تکنیک های کنترل خطی با ناحیه عملکرد کوچک را، برطرف می سازند. در این بین استفاده از مشاهده گر، نیاز به اندازه گیری تمامی متغیرهای حالت سیستم را رفع می نماید. در این پروژه، ابتدا سیستم تحریک به دو صورت خطی و غیرخطی برای سیستم قدرت تک ماشینه طراحی شده است و عملکرد هر دو سیستم به هنگام وقوع خطا بررسی می شود. مشکل اصلی در استفاده از تحریک خطی، عدم عملکرد مناسب کنترل کننده به هنگام وقوع خطا بزرگ در سیستم می باشد. چراکه تکنیک های خطی تنها در یک نقطه کار معین مناسب می باشند و اغتشاش بزرگ باعث تنوع در نقاط کار سیستم می شود. همچنین برای سیستم تحریک غیرخطی، مشاهده گر غیرخطی طراحی شده است. این طراحی براساس مدل سیستم می باشد که با استفاده از روش خطی سازی فیدبک به طور کامل خطی شده است. مشاهده گر این امکان را فراهم می نماید که سرعت ژنراتور را، بدون نیاز به اندازه گیری تعیین نماییم. در ادامه جبران ساز استاتیکی (statcom) که یکی از مهم ترین ادوات facts می باشد به دو فرم خطی و غیرخطی طراحی شده و به همراه تحریک خطی در سیستم قدرت تک ماشینه و در شرایط وقوع خطا، مورد بررسی قرار گرفته اند. statcom غیرخطی در مقایسه با فرم خطی آن، در کاهش نوسانات سرعت عملکرد بهتری دارد. با این وجود هماهنگی تحریک غیرخطی به همراه statcom غیرخطی پایداری سیستم را بهبود می بخشد. از روش خطی سازی فیدبک برای طراحی کنترل کننده های غیرخطی سیستم تحریک و statcom استفاده شده است و پارامترهای کنترلی جهت هماهنگی عملکرد آنها، مشخص شده اند. هم چنین پروژه حاضر به هماهنگی بهینه کنترل کننده های غیرخطی هردو سیستم تحریک و statcom در سیستم تک ماشینه متصل به شین بی نهایت (smib) می پردازد. با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات، هماهنگی لازم بین اجزا سیستم قدرت صورت می گیرد. نتایج حاصل از بهینه سازی پارامترهای کنترلی بر روی مشاهده گر سیستم تحریک نیز اعمال شده است. نتایج شبیه سازی حاکی از بهبود رفتار سرعت ژنراتور به هنگام وقوع خطا با هماهنگ سازی بهینه کنترل کننده های غیرخطی می باشد. هم چنین استفاده از پارامترهای بهینه شده در بهبود رفتار مشاهده گر سیستم تحریک، موثر واقع شده است.