ژنراتور سنکرون به عنوان مبدل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی در انواع نیروگاه ها، جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص داده است. یکی از انواع نیروگاه های موجود، نیروگاه آبی است که در آن از ژنراتورهای سنکرون دارای قطر استاتور بزرگ با تعداد قطب های بالا و فاصله هوایی بسیار کوچک استفاده می شود. از آن جا که ژنراتور سنکرون به عنوان قلب تولید در شبکه برق به حساب می رود، مدل سازی آن در مرحله طراحی و شبیه سازی آن در مرحله اجرا از موضوعات بسیار حایز اهمیت است. همچنین بررسی انواع خطاهای احتمالی در ژنراتور، مشاهده رفتار آن و پیش گیری از ایجاد خطاها باعث کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری می شود. طراحی یک ژنراتور سنکرون و بهینه سازی آن، شبیه سازی و مطالعه عملکرد و پایداری در سیستم های قدرت و همچنین زیر نظر گرفتن رفتار مغناطیسی و مکانیکی ژنراتور جهت نگهداری، حفاظت و تشخیص خطای به موقع و پیشگویانه، حل معادلات مغناطیسی حاکم بر ژنراتور را ضروری می سازد. همه این موارد بر لزوم ساخت مدلی نرم افزاری از ژنراتورها که تمام ویژگی های رفتاری آنها را به طور مناسب نشان دهد، تاکید می کنند. با استفاده از کامپیوتر، این امکان وجود دارد تا اشکال مختلف هندسی و شرایط مختلف کاری را بدون آن که نیاز به ساخت نمونه فیزیکی اولیه باشد، بتوان تحلیل نمود. نرم افزارهای اجزاء محدود، ابزارهای قدرتمندی در تحقیق و طراحی هستند. همچنین در فرآیند شبیه سازی عددی، صرف نظر از پیچیدگی شکل هندسی و غیرخطی بودن مواد به کار رفته، غالباً اطلاعات دقیق و مطمئنی در مورد رفتار ماشین فراهم می گردد.در پروژه پیش رو، مدلی از ژنراتور نیروگاه سد مسجد سلیمان ارائه شده که در آن ساختار هندسی ژنراتور، ویژگی مواد به کار رفته، نوع سیم پیچی در استاتور و روتور، سیم پیچ های دمپر و ساختار قطب ها و دیگر موارد در نظر گرفته شده است. برای اطمینان از صحت شبیه سازی ابتدا عملکرد بی باری و بار کامل شبیه سازی شده است. پس از آن با قطع شبکه از ژنراتور (مدار باز کردن) در حالی که هنوز توربین توان مکانیکی به ژنراتور می دهد، حادثه رخ داده شبیه سازی شده و تغییرات سرعت ژنراتور مورد بررسی قرار گرفته است، همچنین نیروهای الکترومغناطیسی ایجاد شده روی سیم پیچ روتور مشاهده شده است. برای این کار از نرم افزار magnetکه نرم افزاری مبتنی بر روش المان محدود است، استفاده شده است.

توسعه ی ماشین های الکتریکی با راندمان بالا، هزینه انرژی واحد های صنعتی و مسکونی را به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد. استفاده از موتورهای القایی شش فازه در فرایندهای صنعتی به دلیل افزایش قابلیت اطمینان سیستم از اهمیت ویژه ای برخوردار است. هدف از این پایان نامه طراحی بهینه ی یک موتور القایی شش فاز می باشد. برای این منظور سه موتور با توان های 85 ، 170 و260 وات برای طراحی اولیه انتخاب شده اند. حوزه ی مجاز پارامترهای موتورها باتوجه به پیشنهادات ارائه شده توسط استانداردهای موجود تعیین شده و باتوجه به توان، ولتاژ و کمیت های مورد نیاز موتورها و براساس روابط تحلیلی موجود، متغیرهای اولیه ی طراحی ها استخراج شده اند. بااستفاده از روش های بهینه سازی مانند hooke-jeeves ، nelder mead والگوریتم ژنتیک، متغیرهای بدست آمده بهینه شده و به عنوان اطلاعات نهایی ساخت موتورها به کار رفته است. لازم به ذکر است، پس از استخراج پارامترهای طراحی بهینه، از آن جا که ابعاد حاصل از طراحی بهینه ی الگوریتم ژنتیک به ابعاد ورقه های استاندارد به کار رفته در موتورهای صنعتی نزدیکتر می باشد، ساخت موتورهای القایی شش فازه براساس اطلاعات حاصل از این طراحی بهینه انجام شده است. با انجام آزمایش های عملی برروی موتورهای ساخته شده، پارامترهای کیفیت موتورها مانند: بازده، توان تلفاتی و ضریب توان، بدست آمده وطراحی موتورها مورد ارزیابی قرار گرفته است. بررسی های آزمایشگاهی صحت طراحی های انجام شده را به اثبات رسانده است.

تغییرات انرژی باد قابل پیش بینی نیست و وقتی که به سیستم ولتاژ شبکه متصل می شود بر رفتار دینامیکی شبکه تاثیر می گذارد. از این رو باید به راهکارهایی اندیشید تا استفاده از انرژی باد را تحت کنترل در آورد. این پروژه به بررسی تاثیر حضور ژنراتورهای القایی دو سو تغذیه بر پایداری ولتاژ در یک سیستم قدرت می پردازد. ژنراتور القایی مورد بررسی در این پایان نامه که از نوع dfig می باشد به علت مزایای فراوان آن در مقایسه با انواع دیگر ژنراتور القایی امروزه در تمامی نقاط جهان به صورت وسیعی مورد استفاده قرار می گیرد. dfig ها قطعات الکترونیک قدرت حساسی دارند که نسبت به ولتاژ و جریان بالا حساسند. توسعه کنترل باعث استفاده کامل از قابلیت توان راکتیو ماشین و مبدل الکترونیک قدرت می شود. با اتصال مستقیم استاتور ژنراتور های القایی دو سو تغذیه((dfig به شبکه و محافظت از مبدل قدرت و لینک dc می توانند در طول خطا به شبکه متصل بمانند و این به پایداری دینامیکی شبکه کمک خواهد کرد. افزون بر این اینرسی این ژنراتورها در مقایسه با ژنراتور های سنکرون کمتر می باشد و می توان این کم شدن اینرسی را بر روی پایداری ولتاژ بررسی کرد.در این پروژه دینامیک سیستم ،عملکرد و پایداری ولتاژی با در نظر گرفتن حضور ژنراتور های القایی دو سو تغذیه مورد ارزیابی قرار می گیرد. به این صورت از یک مدل شبکه برای شبیه سازی استفاده خواهد شد. در اینجا از مدل تست استاندارد 14 باسه ieee برای شبیه سازی با استفاده از tools psat در نرم افزار matlab استفاده خواهد شد و بررسی فاکتور های ولتاژی بدون حضور ژنراتورهای القایی و همچنین با حضور ژنراتورها با درصدهای نفوذ مختلف مورد بررسی قرار می گیرد.

از آنجا که در عمل امکان صفر شدن مجموع ولتاژهای فاز خروجی مبدل های الکترونیک قدرت به طور لحظه ای وجود ندارد، در این مبدل ها به هنگام تغذیه ی بار های متعادل، اختلاف پتانسیلی بین نقطه ی خنثی بار و زمین به وجود خواهد آمد که اصطلاحاً به آن ولتاژ حالت مشترک (cmv) می گویند. ولتاژ حالت مشترک باعث ایجاد جریانهای کوپلینگ میشود که این جریانها از طریق ظرفیت های خازنی پنهان موتور نسبت به آهن روتور جریان می یابند. این جریان ها مسیر خود را از طریق یاطاقان های موتور به پوسته استاتور زمین شده می بندند و به همین دلیل اصطلاحا جریان های بلبرینگ نامیده می شوند، که باعث مستهلک شدن بلبرینگ می شود. علاوه بر این جریان حالت مشترک باعث تولید حرارت در مجرایی که در آن جریان می یابد خواهد شد. با کاهش ولتاژ حالت مشترک موجب کاهش جریان بلبرینگ شده و احتمال خطای بلبرینگ را کاهش و موجب افزایش قابلیت اطمینان موتور خواهد شد. در این پایان نامه کاهش ولتاژ حالت مشترک برای موتور القائی شش فازه با استفاده از تغییر الگوی کلیدزنی مدولاسیون برداری (svpwm) مورد بررسی قرار گرفته است. برای تغذیه موتور از یک اینورتر شش فازه استفاده شده است. انواع اتصالات مختلف موتور شش فازه مورد بررسی قرار گرفته و روش هایی برای کاهش cmv با تغییر در الگوی کلیدزنی pwm برداری در هر یک از اتصالات موتور ارائه شده است.

این پایان نامه یک پیکربندی جدید گذار از خطا، جهت کنترل ژنراتورهای دوسو تغذیه توربینهای بادی را پیشنهاد میکند. در نیروگاههای بادی دارای ژنراتورهای dfig، سیم¬پیچ¬های روتور از طریق مبدل های الکترونیکی پشت به پشت به شبکه متصل می¬شوند، که جریان روتور و جریان تزریقی به شبکه را کنترل می کنند. نحوه اتصال مبدل سمت شبکه ، جهت انتقال ماکزیمم توان تولیدی، به صورت شنت می باشد. در شرایطی که ولتاژ شبکه نامتعادل می شود، بهطور مثال براثر بروز خطای اتصال کوتاه گذرا در شبکه ی متصل به توربین بادی، چنان که رله-های سیستم حفاظت توربین بادی، خطا را تشخیص دهند، بلافاصله ژنراتور را از مدار خارج می¬کنند؛ این امر سبب می¬گردد که آستانه پایداری شبکه تا حد زیادی تهدید شود. از این رو واضح است که قابلیت گذار از خطا برای ژنراتور بادی dfig متصل به شبکه بسیار ضروری خواهد بود، زیرا که اجازه می¬دهد به واسطه اغتشاشات ایجاد شده بر روی شبکه، انتقال توان به شبکه تداوم یابد و در شرایط رخداد خطاهای گذرا همچنان ژنراتور به شبکه متصل بماند و بتواند به بازگردانی پایداری شبکه کمک نماید. بنابراین در این پایان نامه با استناد به شبیه سازی های انجام گرفته به وسیله نرم افزار متلب سیمولینک، با جایگزین شدن جبران ساز سری جهت اتصال مبدل سمت شبکه، در زمان بروز خطای گذرا، از افت ولتاژ شدید روی سیم پیچ استاتور جلوگیری می شود و این امر سبب میشود جریان روتور بیش از حد نامی افزایش نیابد و ولتاژ لینک dc و سرعت روتور نیز از حد مجاز فراتر نرفته و نیروگاه بادی در حین خطاهای گذرا، به شبکه متصل باقی بماند.