گستردگی و پیچیدگی روزافزون شبکه های قدرت، احداث خطوط انتقال و افزایش تعداد نیروگاهها باعث افزایش سطح اتصال کوتاه در باس بارها می شوند. پس در صورت بروز اتصال کوتاه (که در هر سیستم قدرت امری اجتناب ناپذیر است) جریانها خطای قابل توجهی در سیستم جاری می شوند که اثرات سوء زیادی داشته و برای قطع آنها احتیاج به کلیدهای قدرت با توان بالایی داریم. برای کاهش قدرت قطع کلیدها از محدودساز جریان خطا استفاده می شود. تاکنون از عناصر facts برای مقاصد مختلفی در سیستم های قدرت استفاده شده و بررسی های گوناگونی در مورد استفاده از آنها در سیستم قدرت انجام شده است. موضوع استفاده شده و بررسی های گوناگونی در مورد استفاده از آنها در سیستم قدرت انجام شده است. موضوع اکثر این بررسیها، ارائه الگوریتمهای مختلف برای کنترل این ادوات است. استفاده از چنین عناصری در شبکه دارای مزایای زیر می باشد : بدلیل قابلیت کنترل بسیار خوب این ادوات، می توان عملکرد سیستم انتقال را در شرایط کاری مختلف بصورت انعطاف پذیر کنترل کرد. چون عملکرد این المانها دارای سرعت بالایی است، در سریعترین زمان ممکن به تغییرات ایجاد شده پایخ می دهند. توانایی های چندگانه آنها در شرایط کاری مختلف، بهره برداری از آنها را دارای توجیه اقتصادی می کند. روندی که در این پایان نامه دنبال میشود تغییر در عناصر facts در جهت افزایش قابلیت های آنها برای عملکرد مناسب در شرایط اتصال کوتاه است. اینکار مزایای زیر را در بردارد : الف) اضافه کردن این قابلیت به این عناصر به انجام وظیفه اصلی آنها لطمه ای وارد نمی کند. بدین معنی که علاوه بر اینکه عناصر facts می توانند وظایفی مانند بهبود پایداری گذرا، بهبود پایداری دینامیک، افزایش ایمنی شبکه و کنترل توان عبوری از خطوط داشته باشند، در شرایط وقوع اتصال کوتاه می توانند بعنوان محدودساز جریان خطا عمل کنند. ب) احتیاج به تغییر سخت افزارهای موجود نبوده و تنها با تغییر استراتژی کنترل کلید زنی در این ادوات می توان به چنین قابلیتی دست یافت. این امر اجرای چننی طرحی را دارای توجیه اقتصادی نیز می کند. در این پایان نامه در ابتدا، محدودسازهای تریستوری و مجهز به vsc از نظر محدودسازی جریان خطا با هم مقایسه می شوند. سپس از هر کدام از گروه ها یک عنصر بعنوان نمونه انتخاب شده و در شبکه نمونه تحت شرایط اتصال کوتاه، شبیه سازی می گردد و در انتها عملکرد این دو عنصر از نظر محدودکنندگی جریان خطا ارزیابی می گردد.

با اتصال سیستم های قدرت برای استفاده از مزیت های آن، پیچیدگی سیستم افزایش یافته است. از این رو کنترل سیستم دشوار شده و اغتشاشات ایجاد شده در یک ناحیه از سیستم به سایر نواحی منتقل می شود . تجدید ساختار و مشکلات ناشی از آن، از جمله کاهش قابلیت اطمینان و امنیت، مسائل پایداری زاویه ای و پایداری گذرا و پایداری ولتاژ، افزایش سطح اتصال کوتاه و افزایش تقاضای انرژی الکتریکی و در عین حال کمبود ظرفیت انتقال که سبب افزایش فشار بر شبکه الکتریکی موجود می شود، از مشکلات کنونی سیستم قدرت می باشد. برای رفع هر یک از این مشکلات نیاز به سرمایه گذاری های فراوانی است و در صورت عدم توجه به این موارد هر یک از آنها می تواند زمینه ساز ایجاد خاموشی های سراسری باشد. از این رو جهت افزایش امنیت سیستم قدرت راه حل های متعددی پیشنهاد شده است که از مهمترین آنها می توان به استفاده از پایدار کننده های سیستم قدرت، ادوات facts، اتصالات dc و یا ترکیبی از آنها اشاره کرد. هر یک از این روش ها مزایا و معایبی دارد. از این میان اتصالات dc مزیت های فراوانی در اختیار قرار می دهند. از مهمترین مزایای اتصالات dc می توان به کنترل توان عبوری از خط، عدم انتقال اغتشاشات از یک ناحیه به ناحیه دیگر و کنترل جریان در هنگام اتصال کوتاه اشاره کرد. از این رو برای رفع قسمتی از مشکلات ذکر شده در سیستم، استفاده از این اتصالات پیشنهاد شده است. در این پایان نامه مفهوم تقسیم کردن سیستم قدرت با استفاده از اتصالات dc معرفی شده است. بمنظور ارزیابی ریسک سیستم قدرت در حضور اتصالات dc، سیستم hvdc در پخش بار dc مدلسازی شده است. همچنین از معیار ریسک خاموشی در شبکه، بعنوان ابزاری در جهت تعیین وضعیت ایمنی سیستم قدرت استفاده شده است. در این راستا با استفاده از اتصالات dc سیستم قدرت را به بخش های ac کوچکتر قسمت می کنیم، تا اغتشاشات ایجاد شده در هر ناحیه فقط درون همان ناحیه باقی بماند و در سایر ناحیه ها مشکلی ایجاد نشود. تعیین محل مناسب اتصالات dc در جلوگیری از وقوع خاموشی های سراسری در شبکه نقش بسزایی خواهد داشت.

با توجه به تحولات اخیر در سیستم های توزیع انرژی الکتریکی، سیستم های توزیع dc از نظر فنی، اقتصادی و قابلیت اطمینان بر شبکه توزیع ac ترجیح داده می شوند. بنابراین، با توجه به اهمیت هماهنگی با تحولات روز دنیا، بررسی یک سیستم توزیع dc و طراحی سیستم های کنترلی مناسب در آن ضروری است. هدف از این تحقیق، مدل سازی عملکرد یک سیستم توزیع dc شامل مبدل های الکترونیک قدرت، بارهای الکتریکی، میکروتوربین و پیل سوختی است. بدین منظور، مفاهیم اولیه در سیستم های توزیع dc به صورت کامل بررسی می گردد. همچنین، سیستم کنترل مبدل های dg، جهت اتصال منابع تولید پراکنده به سیستم توزیع dc و نیز، مبدل های شبکه، جهت اتصال سیستم توزیع dc به شبکه ac، بررسی می شود. طراحی سیستم کنترل ولتاژ dc با اهداف تثبیت ولتاژ dc در محدوده مجاز، حذف جریان چرخشی در مبدل ها و ایجاد تقسیم توان مناسب، مطرح می گردد. همچنین، روش جدید و بسیار ساده ای جهت محاسبه ولتاژ dc، بدون نیاز به مدل سازی دقیق سیستم، پیشنهاد می شود. سیستم های تنظیم توان جدیدی برای مبدل های شبکه و مبدل های dg پیشنهاد و مزایای مختلف آنها مطرح می شود. عملکرد یک سیستم توزیع dc شامل میکروتوربین و پیل سوختی، برای نحستین بار در این تحقیق بررسی شده است. دلایل انتخاب این منابع تولید پراکنده، قابلیت دیسپاچینگ بهتر و دسترس پذیری بالاتر آنها نسبت به دیگر فناوری های تولید پراکنده، از قبیل سیستم های بادی و خورشیدی، است. نتایج شبیه سازی ها در این تحقیق، با روابط تحلیلی و همچنین، نتایج تحقیقات انجام شده کاملاً همخوانی دارد. با توجه به نتایج به دست آمده، برجسته ترین مزیت سیستم های کنترل پیشنهادی در این تحقیق، ایجاد استقلال کامل سیستم توزیع dc و همچنین، استقلال کامل منابع تولید پراکنده، بدون استفاده از سیستم های ذخیره سازی انرژی است. در نتیجه، سیستم پیشنهادی در این تحقیق، از نظر فنی، اقتصادی، قابلیت اطمینان، کیفیت برق و قابلیت گسترش سیستم، نسبت به کلیه طرح های سیستم های توزیع dc در تحقیقات انجام شده، دارای برتری های قابل توجهی است. همچنین، سیستم پیشنهادی در این تحقیق برای عملکرد موازی میکروتوربین و پیل سوختی، نسبت به کلیه طرح های پیشنهادی در تحقیقات گذشته، دارای برتری های قابل توجهی از نظر فنی، اقتصادی، قابلیت اطمینان، کیفیت برق و قابلیت گسترش سیستم می باشد.

نظر به اهمیت مبدل های dc-dc دوطرفه در کاربردهایی نظیر تولید پراکنده توان، انرژی های تجدیدپذیر و میکروشبکه ها، امروزه تحقیقات وسیعی در حوزه مبدل های dc-dc در حال انجام است بطوریکه در سال های اخیر ساختارهای مختلف و کاربردهای متفاوت برای این نوع مبدل ها ارائه شده است. این رساله نیز به ارائه یک نمونه مبدل dc-dc مادولار دوطرفه با ایزولاسیون الکتریکی پرداخته است. مبدل پیشنهادی این رساله با استفاده از دو پل مادولار که از طریق ترانسفورماتورهای فرکانس بالا بهم دیگر متصل شده اند تشکیل یافته است. اندوکتانس نشتی ترانسفورماتورهای بکار رفته همراه با اندوکتانس های کمکی خارجی به عنوان ذخیره سازهای انرژی برای انتقال توان از یک سمت مبدل به سمت دیگر آن عمل می کنند. ظرفیت انتقال توان بالا یکی از مزیت های مهم مبدل پیشنهادی است که آن را برای کاربردهای مختلفی مستعد می سازد. مبدل پیشنهای قابلیت انتقال دوطرفه توان را تنها با استفاده از تنظیم پس فازی و پیش فازی زاویه شیفت فاز بین دو شکل موج مربعی تولید شده در دو پل مادولار واقع در دو سمت مبدل دارد. با توجه به تعداد زیاد کلیدهای قدرت بکار رفته در ساختار مادولار مبدل و همچنین ظرفیت توان انتقالی بالای آن، کلیدزنی ولتاژ صفر می تواند کاهش قابل ملاحظه ای در تلفات و در نتیجه افزایش بازده مبدل فراهم آورد. به همین دلیل بعد از مطالعه حالت دائمی مبدل پیشنهادی، بررسی کاملی روی شرایط کلیدزنی ولتاژ صفر مبدل انجام یافته است. در ادامه مبدل پیشنهادی با دو نمونه از ساختار های مشابه قبلی مقایسه شده است. نتایج مقایسه نشان می دهند که مبدل پیشنهادی در چند مورد باعث بهبود مشخصات و عملکرد نسبت به ساختارهای قبلی شده است. ترانسفورماتورهای فرکانس بالا و اندوکتانس های خارجی کمکی عناصر مغناطیسی مبدل هستند که نقش مهمی در عملکرد آن دارند به همین دلیل طراحی عناصر مغناطیسی مبدل نیز در رساله ارائه شده است. با توجه به اینکه در روش های مرسوم متوسط گیری فضای حالت از ریپل ولتاژ خازن و جریان سلف مبدل صرفنظر می شود و به دلیل اینکه جریان عبوری از ترانسفورماتور و اندوکتانس های کمکی مبدل پیشنهادی از نوع ac خالص هستند بنابراین نمی توان از چنین روش هایی برای مدلسازی مبدل پیشنهادی استفاده نمود. روش متوسط گیری تعمیم یافته که در آن از تعداد بیشتری از مولفه های سری فوریه متغیرهای حالت برای بسط متغیرها استفاده می شود، برای مدلسازی مبدل پیشنهادی استفاده شده است. در ادامه مدل سیگنال کوچک مبدل مادولار پیشنهادی استخراج و پاسخ دینامیکی آن بررسی شده است و همچنین کنترل کننده pid برای افزایش حاشیه پایداری و بهبود پاسخ های حالت گذرا و حالت دائمی مبدل طراحی شده است. کاربرد مبدل به عنوان واسط مبادله توان بین یک میکروشبکه dc بر پایه منبع تولید توان pv و یک شبکه توزیع dc معرفی شده است. بهره برداری از میکروشبکه که از طریق مبدل پیشنهادی به شبکه توزیع dc متصل است در چند مد عملکردی مختلف تعریف شده است. با توجه به اینکه مبدل پیشنهادی از طریق تنظیم زاویه شیفت فاز جهت و اندازه توان انتقالی را تعیین می کند، مبادله توان بین میکروشبکه و شبکه توزیع dc براحتی صورت می پذیرد. برحسب مدهای عملکردی میکروشبکه استراتژی مدیریت توان برای میکروشبکه موردنظر طراحی شده است. جهت بررسی صحت مباحث تئوری مطرح شده، مبدل پیشنهادی با استفاده از نرم افزار pscad شبیهسازی شده و همچنین یک نمونه عملی آزمایشگاهی آن پیادهسازی شده است. با استفاده از نتایج شبیه سازی و اندازهگیریهای عملی اصول عملکرد مبدل تأیید شده است. عملکرد دینامیکی مبدل و کنترل کننده طراحی شده برای مبدل با استفاده از نرم افزار کامپیوتری شبیه سازی شده است. در این شبیه سازی پاسخ دینامیکی مبدل کنترل شده به افزایش و کاهش مصرف توان در سمت ثانویه مبدل و همچنین کاهش ولتاژ سمت اولیه مبدل بررسی شده است. در نهایت عملکرد مبدل مادولار پیشنهادی به عنوان واسط انتقال توان بین میکروشبکه dc بر پایه pv و شبکه توزیع dc از طریق شبیه سازی کامپیوتری مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی برای گذار عملکرد میکروشبکه از یک مد عملکردی به مد عملکرد دیگر استخراج شده است تا قابلیت های سیستم کنترلی بکار گرفته شده و استراتژی مدیریت توان موردنظر و همچنین نقش مبدل پیشنهادی در مبادله توان بین میکروشبکه dc و شبکه توزیع dc مشخص گردد.

پایداری گذرا در سیستم های قدرت یکی از مهمترین چالش ها در زمینه پایداری و دینامیک سیستم های قدرت می باشد،پایداری گذرا را می توان به عنوان توانایی سیستم در حفظ پایداری بعد از یک اغتشاش شدید تعریف کرد این اغتشاشات شدید می توانند بروز اتصال کوتاه (سه فاز) در خطوط انتقال انرژی،خارج شدن یک واحد تولید بزرگ(ژنراتور) از مدار ویا خارج شدن ناگهانی دسته وسیعی از بارها از سیستم،باشد. اغتشاشات مذکور سبب بروز نوساناتی در سیستم می شود که اگر این نوسانات نتوانند میرا شوند آن گاه سیستم دچار ناپایداری می گردد.در بین اغتشاشاتی که در مطالعات پایداری گذرا معمولاً اتصال کوتاه (سه فاز) بیشتر از دیگران مورد توجه قرار می گیرد. رفتار این پدیده را می توان این گونه توصیف کرد که در حین یک خطای شدید(اتصال کوتاه) راکتانس معادل ماشین x_d^ دچار تغییر شده و این امر سبب تغییر توان فاصله هوایی p_eیا گشتاور الکترومغناطیسی ?_e،می گردد و باعث می شود که توان منتقله بین ماشین ها شدیداً کاهش یابد در نتیجه زوایای روتور ماشین ها نسبت به هم نوسان کرده و سبب افزایش انرژی جنبشی ماشین ها می شود. پس از رفع خطا که معمولاً با جداسازی محل خطا از شبکه صورت می گیرد توان منتقله دوباره در سیستم برقرار می گردد و باعث تخلیه انرژی جنبشی ماشین ها می گردد، اگر این انرژی اضافی به طور کامل تخلیه شود آن گاه سیستم مجدداً به پایداری می رسد ولی اگر این انرژی از حد معینی (حد بحرانی) بیشتر باشد آنگاه بعد از رفع خطا انتقال انرژی بین ژنراتورها سبب نوسانات بیشتر زوایای روتور نسبت به یکدیگر شده و سیستم دچار ناپایداری و فروپاشی می شود. به دلیل آن چه تاکنون گفته شد، ناپایداری گذرا معضلی مهم در سیستم های قدرت می باشد که همواره نیازمند روش های مناسب و سریع جهت تحلیل و پیش بینی است، از سوی دیگر به دلیل این که شبکه های قدرت امروزی بسیار وسیع و پیچیده می باشند رفتاری غیر خطی از خود نشان می دهند و همچنین به دلیل ماهیت سیگنال بزرگ بودن پایداری گذرا قادر به خطی سازی و استفاده از تقریب های خطی نیستیم که تحلیل این پدیده را پیچیده تر و دشوارتر کرده است. یکی از مهمترین مشکلات سیستم های کنترلی شبکه های قدرت در پایش به هنگام این شبکه ها عدم وجود همزمانی(سنکرونیزاسیون) می باشد که ناشی از تاخیر بین داده های دریافتی در نقاط مختلف شبکه است.از سوی دیگر به دلیل هزینه های بالا، کنترل کننده های محلی تمایلی نسبت به، به روز رسانی تجهیزات کنترلی خود، نشان نمی دهند. مهمترین موضوع در رفع این مشکل استفاده از تجهیزات اندازه گیری فازوری(pmu) به همراه سیستم موقعیت یاب جهانی(gps) می باشد که سیستم موقعیت یاب جهانی که کلیه داده های اندازه گیری شده با تاخیر بسیار کمی(تقریباً آنی) به مرکز کنترل ارسال شده و بتوان این داده ها را همزمان (سنکرونیزه) کرد در نتیجه می توان ولتاژ و جریان را در هر نقطه از شبکه قدرت به صورت فازوری بیان کرد(زاویه ولتاژ و جریان را در هر نقطه از شبکه نسبت به یک مرجع زمانی که زمان جهانی نامیده می شود بیان می گردد). با توجه به مطالبی که ذکر شد از این پس می توان بدون تغییرهای بسیار بزرگ در سیستم های کنترل قدرت، که هزینه زیادی در بر داشت، سیستم قدرت را می توان در مقیاس بزرگ به صورت آنلاین و در زمان حقیقی پایش کرد، حال از این پس نیازمند روش هایی می باشد که قادر به تحلیل این داده ها در حداقل زمان ممکن باشد. یکی از این روش های جدید استفاده از تحلیل معادلات شبکه به کمک تئوری آشوب و نمایه های لیاپانوف می باشد. در این پایان نامه ابتدا به معرفی پدیده های دینامیکی و انواع پایداری پرداخته سپس روش های مرسوم را جهت تحلیل پایداری گذرا را معرفی می کنیم، بعد از آن به معرفی سیستم های اندازه گیری فازوری و طریقه عملکرد آن می پردازیم، سپس به بررسی رفتار سیستم دینامیکی و تئوری آشوب پرداخته و الگوریتم هایی جهت تحلیل این سیستم ها با نمایه های لیاپانوف ارائه می گردد، در نهایت صحت روش ها را در یک سیستم قدرت نمونه مورد بررسی قرار می دهیم.

یکی از عناصر مهم سیستم قدرت جهت حفاظت در برابر اضافه ولتاژها برقگیر ها می باشند. افزون بر سه دهه از استفاده برقگیر های اکسید فلز (metal oxide surge arrester) در صنعت برق می گذرد و امروزه بطور وسیع در رده ولتاژهای مختلف از آنها استفاده می شود. وقوع بسیاری از خرابیهای گسترده چه از لحاظ مالی و چه از لحاظ جغرافیایی نتیجه عدم عملکرد به موقع برقگیرهاست. لذا ضروری است که از سالم بودن برقگیر در محل نصب مطمئن بود و در صورت خراب بودن یا معیوب بودن، آنها را قبل از بروز شرایط ناخاسته تعویض نمود. اولین نسل از برقگیرهای اکسید فلز به پایان عمر مورد انتظار خود نزدیک می شوند از طرف دیگر مسئله کنترل از راه دور پستها مورد علاقه بهره برداران سیستم بوده و به یک مسئله روز مهندسی قدرت تبدیل شده است. لذا پایش خارج از خط (off-line) و یا برخط (on-line) برقگیرها به مسئله مهمی برای کارشناسان قدرت تبدیل شده است. با توجه به نکته فوق الذکر، تحقیقات گوناگونی در رابطه با مونیتورینگ برقگیرها صورت گرفته و یا در حال انجام است. در این پایان نامه به امکان سنجی پایش بر خط عیوب برقگیر بوسیله امواج سیار پرداخته می شود. در این پژوهش ابتدا یک مدل الکتریکی مناسب برای برقگیر در نظر گرفته می شود. سپس در یک پست که دارای تجهیزات سالم و پارامترهای معلوم است، شبیه سازی حالت گذرای صاعقه توسط نرم افزار emtp انجام شده و شکل موج جریان عبوری از برقگیر بررسی می شود. در گام بعدی پارامترهای برقگیر را تغییر داده و نتایج را بررسی می کنیم. حال با استفاده از تغییرات بوجود آمده و مقایسه با حالت سالم در مورد خراب بودن یا نبودن برقگیر قضاوت می کنیم. نتیجه این پایان نامه پیشنهاد راه حل جدیدی در جهت پایش برخط برقگیرهاست.

ترانسفورماتورهای بزرگ به عنوان عناصر ارتباطی بین نیروگاهها و شبکه های توزیع انرژی یا بین شبکه ها با سطوح ولتاژ مختلف مورد استفاده قرار می گیرند تا انرژی الکتریکی به طور اقتصادی توزیع شود. لذا همواره در دسترس و سالم بودن آنها پایه و اساس یک توزیع انرژی مطمئن می باشد. در این تحقیق روشی برای تشخیص محل و مقدار جابجایی های سیم پیچ فشار قوی ترانسفورماتور قدرت ارائه شده است. در مواقع اتصال کوتاه و یا برخورد صاعقه به ترمینالهای ترانسفورماتور و به دلیل عبور جریان های بسیار زیاد از سیم پیچ ها، نیروهای شدیدی به آنها وارد می آید که در بعضی مواقع باعث جابجایی سیم پیچ می شود. در این تحقیق پس از مدل سازی ترانسفورماتور به روش مشروح، با شبیه سازی حادثه اتفاق افتاده برای ترانسفورماتور، نحوه توزیع نیروهای الکترومغناطیسسی در طول سیم پیچ محاسبه شده و از آن طریق نقاط مستعد برای ایجاد جابجایی مشخص می شوند. سپس با شبیه سازی انواع عیب های از پیش تعیین شده و مقایسه با نتایج اندازه گیری، نوع جابجایی ایجاد شده در سیم پیچ مشخص خواهد شد.