امروزه استفاده از منابع تولید بادی چه در بخش تأمین برق بارهای دور از شبکه و چه بصورت متصل به شبکه ی سراسری برق، کاربرد وسیعی پیدا کرده است. اگرچه سیستم بادی در مقایسه با سیستم خورشیدی هزینه ی نصب کمتری دارد، با این حال، با بکارگیری مبدلهای قدرت مناسب، به نحوی که به ازای تغییرات شرایط جوی، توان کسب شده بهینه باشد، هزینه ی سیستم کاهش بیشتری پیدا خواهد کرد.جهت کسب حداکثر توان از باد، بکارگیری سیستم ردیاب نقطه ی حداکثر توان ضروری است. بطوریکه کنترل کننده ی mppt، نقطه کار توربین بادی را به گونه ایی مشخص می کند تا بتوان حداکثر توان را از عملکرد توربین بادی دریافت کرد.تکنیکهای مختلف زیادی جهت ردیابی نقطه ی حداکثر توان در سیستم بادی استفاده شده اند، که بیشتر این روشها بر اساس منحنی حداکثر توان توربین بادی و پروفایل سرعت باد کار می کنند. در این پایان نامه، استراتژی جدید ردیابی نقطه ی حداکثر توان برای سیستم بادی سرعت متغیر با ماشین سنکرون مغناطیس دائم ارائه شده است. استراتژی mppt پیشنهادی بر اساس منطق فازی کار می کند و مستقل از مشخصات توربین و ژنراتور می باشد. جهت کاهش هزینه و افزایش قابلیت اطمینان سیستم، ردیاب نقطه ی حداکثر توان پیشنهادی، فاقد هرگونه حسگر مکانیکی می باشد. ردیاب mppt با کنترل مناسب مبدل dc/dc بوست به ازای سرعتهای مختلف باد، سیستم را وادار به عملکرد در نقطه ی حداکثر توان می نماید.

چکیده در سامانه¬های هوایی همچون هواپیماها و موشک¬ ها، ژنراتورها برای تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز قسمت¬های مختلف از جمله تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز برای کنترل باله¬ها ، تغذیه موتور پمپ سوخت ، روشنایی و سایر مصارف داخلی مورد استفاده قرار می¬گیرند. این ژنراتورها باید دارای ویژگی¬هایی مثل بازده و قابلیت اطمینان بالا، تعمیر و نگهداری کم، ابعاد کوچک و حجم کم باشند. ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم یکی از بهترین گزینه¬هایی است که با توجه به بهبود مواد مغناطیسی (پیدایش مواد مغناطیسی با مشخصه¬ مغناطیسی بهتر و قیمت پایین¬تر) و علاوه بر آن تکنولوژی های پیشرفته¬ی الکترونیک قدرت در سال¬های اخیر ، قابلیت تحقق این اهداف را دارا می باشد. بدلیل آنکه در کاربرد سامانه هوایی به ژنراتورهایی با کارآیی و بازده بالا نیازمندیم، باید بازده ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم را از طریق یکی از الگوریتم های بهینه¬سازی به حداکثر مقدار خود برسانیم ، که در این پژوهش بهینه-سازی بازده با استفاده از الگوریتم بهینه¬سازی رقابت استعماری انجام گرفته است و از طرف دیگر بعلت محدودیت فضا و مکان برای کاربرد ژنراتور در سامانه¬های هوایی، برآنیم تا حجم ژنراتور را نیز از طریق بهینه سازی ابعاد و کمیت¬های متغیر ژنراتور با استفاده از الگوریتم بهینه¬سازی رقابت استعماری، به کمترین مقدار ممکن برسانیم. همچنین با توجه به این¬که هزینه اقتصادی همواره یکی از دغدغه های اصلی در تولید هر محصولی می باشد، هزینه ساخت این ژنراتور را هم از طریق بهینه¬سازی، بهینه خواهیم نمود. ضمن آنکه بهینه¬سازی ترکیبی از اهداف فوق یعنی بیشترین بازده و کمترین حجم و هزینه را هم نیز مورد بررسی قرار خواهیم داد. در پایان برای بررسی صحت روش طراحی و الگوریتم بهینه سازی بکار گرفته شده، نتایج طراحی بهینه انجام شده را توسط شبیه سازی در نرم افزار ماکسول و از طریق تحلیل اجزا محدود، تحت راستی¬آزمایی و اعتبارسنجی قرار خواهیم داد. واژه¬های کلیدی: بهینه¬سازی ، تحلیل اجزا محدود ، ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم ، سامانه هوایی.

موتورهای الکتریکی مغناطیس دائم از لحاظ نوع آرایش آهنربا به دو نوع سطحی و داخلی تقسیم می شوند که کاربرد آهنربا در تحریک این نوع موتورها سبب حذف تلفات میدان تحریک و افزایش راندمان در آنها شده است. در انواع داخلی، که به انواع قطب برجسته نیز معروفند به دلیل وجود دو منبع تولید گشتاور، یکی گشتاور رلوکتانسی (بدلیل قطب های برجسته) و دیگری گشتاور مغناطیسی (ناشی از آهنرباها) چگالی توان بیشتر می باشد. همچنین قابلیت تحمل خطا ، افزایش قابلیت اطمینان، کاهش جریان هر فاز استاتور و کاهش هارمونیک جریان لینک dc در موتور های چند فازه نسبت به موتورهای سه فاز مرسوم، نظر محققین را بیش از پیش به موتورهای چند فازه جلب کرده است. در این پایان نامه ابتدا روال طراحی موتور سنکرون مغناطیس دائم پنج فاز با آهنربای داخلی جهت کاربرد سرعت پایین ارائه میشود. سپس جهت افزایش راندمان، کاهش حجم و هزینه موتور، و همچنین دستیابی به بیشترین گشتاور ممکن در کمترین حجم (در فضای مسئله)، با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات متحد ، بهینه سازی انجام می گردد. سپس توسط نرم¬افزار ansys maxwellکه بر مبنای تحلیل اجزای محدود می¬باشد، موتور مورد نظر طراحی و شبیه سازی می گردد، و پس از تحلیل، مشخصات عملکردی موتور را نتیجه می دهد. این تحلیل بسیار دقیق و کارآمد بوده و با رشد چشمگیری که در سالیان اخیر داشته، توانسته است کارایی خود را اثبات کند. در نهایت با تطبیق اطلاعات به دست آمده از الگوریتم بهینه¬سازی و تحلیل اجزای محدود، صحت و دقت روال طراحی پیشنهادی تحقیق می شود. مطابق نتایج بدست آمده از بهینه سازی تحت دو تابع هدف (راندمان_هزینه_حجم) و (گشتاور_حجم)، دو شبیه سازی در این تحقیق انجام پذیرفت و پس از مقایسه مشخص شد که روابط پیشنهادی در این تحقیق با درصد خطای کم و قابل قبولی مشخصات موتور را نتیجه می دهند. نتایج حاصل از این دو تابع هدف به این صورت اند که در تابع هدف ترکیبی از راندمان، هزینه و حجم، موتوری با توان 215 اسب بخار دارای بالاترین راندمان ممکن در کمترین حجم و هزینه بوده و این در حالیست که تحت تابع هدف ترکیبی از گشتاور و حجم، بیشترین گشتاور در کمترین حجم ممکن بدست آمده است. بر اساس نتایج شبیه سازی، این دو موتور عملکرد مناسبی را از خود نشان داده اند که هرکدام از آنها را بسته به شرایط، می توان در پیشران کشتی ها استفاده نمود.

موتورهای القایی عمومی¬ترین موتورها در کاربردهای صنعتی و خانگی هستند. این موتورهادرلحظه راه اندازی گشتاوروضریب¬توانکمیداشتهاماجریانراهاندازیآنها خیلی زیاداست. اگربارمکانیکی،گشتاور راهاندازیزیادیراطلبکند،دراینصورتشتابموتورآرامبودهوجریانزیادیازشبکهمی¬کشد. برایرفعاینعیب،باتغییراتکمیدرشکل شیار روتورمی¬توانمشخصه-هایراهاندازیموتورالقایی قفسه سنجابی را بهبودبخشید. پیدا کردنترکیبی از تعداد شیارهای استاتور و روتورکه مشخصه گشتاور- سرعتیکدستیرانشان دهد، مشکل است. تاثیر تغییر شکل شیار روتور، عمدتاً بر روی مقاومت روتور می¬باشد. مقاومتروتوربررویعملکردموتوراثرقابلملاحظه¬ایدارد. درشرایطکارعادیکهلغزشکماست،مقاومتروتورنیزبایدکمباشدتابازدهخوبیحاصلشود. درلحظهراهاندازیمقاومتروتوربایدزیادباشدتاگشتاورراهاندازیوضریب-توانبالا و جریان راه اندازی پایینی را ارائه دهد. در این تحقیق، مطالعه¬ای روی شکل شیار روتور موتور القایی قفسه سنجابی سه¬فاز مطابق استاندارد کلاسa صورت گرفت تاتغییراتی بر روی شکل این شیار اعمال شود.ابتدا طراحی بهینه شکل شیار روتورکلاس c با استفاده از الگوریتم کلونی مورچگان و روش مدار معادل بدست آمد. سپس نتایج حاصل در نرم افزار ماکسول 16 و با استفاده از روش اجزای محدود مورد راستی¬آزمایی قرار گرفت.آنالیز داده¬های شیار روتور موتور القایی قفسه مضاعف مورد نظر، نشان می-دهد که یک نوع شیار دایره¬ای با شعاع 01/1 میلیمتر برای شیار فوقانی و نوع شیار گلابی با شعاع¬های 09/1 و 74/0 میلیمتر برای شیار تحتانی باید در نظر گرفته شود. همچنین گشتاور راه اندازی و گشتاور ماکزیمم به ترتیب به 31/180 و 15/218 نیوتن¬متر رسید در حالی¬که این مقدار برای نمونه مشابه آن در کلاس a به ترتیب 09/130 و 11/229 نیوتن-متر بوده است. به دلیل افزایش بودن عمق شیار و مقاومت روتور در کلاس c نسبت به کلاس مرجع، بازده موتور از 41/86 به 80/83 کاهش یافت.

در چند دهه اخیر قوانینی برای شرکت های توزیع مبنی بر عملکرد بهینه شان وضع شده است که سیستم توزیع را مجبور می کند خدمات با کیفیت و قابلیت اطمینان کافی، هزینه سرمایه گذاری، بهره برداری و نگه داری پایین را جهت جلب رضایت مشتری ارائه کند. به خاطر همین مجتمع سازی منابع تولید پراکنده در شبکه روی کار آمد که بسیاری از هزینه ها را کاهش می دهد چون dg در صورت وقوع خطا به وسیله ی باز شدن کلید بالادستی، می تواند خود را از بقیه قسمت های مدار جدا کرده و توان ناحیه مشخصی را تأمین کند و با کاهش زمان قطعی باعث بهبود قابلیت اطمینان سیستم شود. امروزه مجتمع سازی dg ها تحت عنوان ریزشبکه ظهور پیدا کرده است که تأثیر مثبتی روی شاخص های قابلیت اطمینان شبکه دارد. در شرایط اضطراری، میکروگرید غالباً نیاز دارد خود را در اسرع وقت به منظور پشتیبانی پیوسته برق برای بارهای ضروری دوباره شکل دهد. یکی از موثر ترین و ساده ترین روش برای بهبود عملکرد سیستم که می تواند منجر به کاهش تلفات، بهبود پروفیل ولتاژ، برقراری تعادل بار و غیره شود، بازآرایی می باشد. یکی از نوآوری های این پایان نامه بازآرایی میکروگرید جهت بهبود قابلیت اطمینان می باشد. زیرا با بازآرایی زمان قطعی مصرف کنندگان کاهش یافته و باعث بهبود قابلیت اطمینان می گردد. بازآرایی در اینجا با رعایت اولویت بندی مصرف کنندگان انجام می گیرد. لازم به ذکر است در اینجا بازآرایی عملی است که در اثر هر خطا در سیستم صورت می گیرد و در نهایت شکل اولیه سیستم تغییر نمی کند. به منظور محاسبه شاخص های قابلیت اطمینان از الگوریتمی بر اساس کلاس های مختلف قابلیت اطمینان و برای بازآرایی از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. دو شبکه آزمون 33 و 69 شین ieee برای شبیه سازی در نظر گرفته شده است. و نتایج حاصله با توجه به تابع هدفی که در آن کاهش هزینه در نظر گرفته شده است، نشان دهنده بهبود در قابلیت اطمینان یعنی کاهش هزینه می باشند.

امروزه با رشد روز افزون سهم تولیدات پراکنده در تامین انرژی الکتریکی، چگونگی استفاده از این تکنولوژی از مسائل مهم در برنامه¬ریزی سیستم¬های قدرت به حساب می¬آید. افزایش نیاز به تولید انرژی الکتریکی و محدودیتهای شدید در احداث خطوط انتقال طولانی باعث افزایش استفاده از این منابع شده-است. همچنین خازن¬ها در صورت نصب و جایابی صحیح در شبکه توزیع سبب کاهش مولفه توان راکتیو شده و با کاهش مولفه راکتیو جریان، دامنه جریان را کاهش می¬دهند و سبب کاهش تلفات در شبکه و افزایش ظرفیت سیستم می¬شوند. یکی از مشکلات مهم در سیستم توزیع، گسترش ناهمگون و غیر یکنواخت مصرف¬کنندگان مختلف خانگی، اداری، صنعتی بین فاز¬های مختلف است که می¬تواند موجب عدم تعادل بار شود همچنین رفتار تصادفی و غیر همزمان بار¬های تکفاز در عدم تعادل بار نقش دارد. از آثار مخرب این نامتعادلی می¬توان به افزایش تلفات، افت پروفیل ولتاژ و اشغال ظرفیت شبکه اشاره کرد. از این رو با توجه به نقش مشترک واحد¬های تولید پراکنده و خازن در بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات مکان بهینه این دو متأثر از یکدیگر خواهد بود. همچنین جایابی منابع تولید پراکنده با تجدید مکان خازن¬ها موجب بهبود مناسب¬تر تلفات شبکه، بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش ضریب نامتعادلی ولتاژ در سیستم نامتعادل می¬شود. در این پایان نامه از الگوریتم ژنتیک برای مکان یابی بهینه بانک خازنی و منابع تولید پراکنده در سیستم های 33 و 69 شین نامتعادل استفاده شده¬است. برای رسیدن به این اهداف از پخش بار پیش¬رو/پس¬رو که روشی مناسب برای سیستم¬های نامتعادل است استفاده شده¬است. همچنین مکان خازن¬ها و منابع تولید پراکنده به گونه¬ای تعیین می¬شوند تا تلفات و نامتعادلی ولتاژ سیستم کاهش یافته و پروفیل ولتاژ در سیستم بهبود یابد. در این پایان نامه 3 حالت مورد بررسی قرار گرفته¬است. در 2 حالت اول مکان بهینه dg و خازن به صورت جداگانه در سیستم مورد بررسی قرار می¬گیرد و در حالت آخر به جایابی همزمان واحد¬های dg و خازن پرداخته می¬شود. این بخش با متغیر در نظر گرفتن تعداد این واحد¬ها به همراه تابع هدفی که شامل پارامترهای هزینه تلفات، بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش نامتعادلی آن است به عنوان نوآوری در این پایان نامه مطرح و بررسی شده¬است. شبیه سازی¬های انجام شده نشان می¬دهد که با نصب خازن و منابع تولید پراکنده تلفات به میزان چشمگیری کاهش و پروفیل ولتاژ سیستم ضمن کاهش نامتعادلی ولتاژ بهبود می¬یابد.

در این پایان نامه به ارائه روش کنترل برای اتصال مزارع بادی به شبکه برق مصرفی ac توسط خط انتقال ولتاژ بالایdc چند پایانه ای پرداخته شده است. ازآنجاکه برق تولیدشده توسط مزارع بادی از نوع ac نامنظم است، یعنی امکان دارد در هرلحظه ولتاژ خروجی ازلحاظ اندازه ولتاژ و فرکانس آن متغیر باشد. درنتیجه روش کنترل ارائه شده در مبدل های دو سمت خط انتقال dc باید این قابلیت را داشته باشد که در طی این ناپایداری های ولتاژ ورودی، بتواند همواره ولتاژ خط dc را ثابت نگاه دارد. همچنین روش کنترل شبکه hvdc در سمت مصرف باید این قابلیت را دارا باشد تا بتواند مبدل سمت دریافت شبکه را به نحوی کنترل کند تا در شرایط مختلف اتصال به شبکه مصرف،بیشینه توان ورودی را به سمت دریافت در سمت ac انتقال دهد.شرایط مختلف اتصال به شبکه در سمت مصرف به دو صورت مدل سازی می شود. ابتدا شبکه hvdc به شبکه مصرف پایدار متصل و سپس تغییر وضعیت و مانور سیستم، در تغذیه بین شبکه مصرف پایدار و یک بار غیرخطی نامتعادل ازنظر جریانی انجام می شود.روش کنترل در سمت دریافت همچنین باید کمترین میزان هارمونیک های جریان را وارد شبکه مصرف نماید.اگرچه امکان دارد در طول نوسانات ورودی اندک اعوجاجی در سمت dc خط رخ دهد، ولی باید سطح ولتاژ سمت dc همواره در اندازه از پیش مشخص شده طراح ثابت باشد. نتایج شبیه سازی در این پایان نامه حاصل پیاده سازی مدار و روش کنترلی موردنظر در نرم افزارmatlab می باشد.

در بهره برداری کوتاه مدّت از سیستم قدرت، شبکه ی انتقال معمولاً به صورت بخش ثابت و غیرقابل کنترل در نظر گرفته می شود. از طرفی پُرشدگی خطوط انتقال باعث می شود نیروگاه های ارزان تر نتوانند به اندازه ی مقدار بیشینه ی خود تولید کنند و از نیروگاه های گران تر در تأمین بارها استفاده می شود. بنابراین در این پایان نامه کلیدزنی بهینه ی خطوط انتقال به عنوان ابزاری جهت مدیریت پرشدگی استفاده می شود که در نتیجه هزینه ی تولید ژنراتورها با تغییر بهینه ی ساختار شبکه ی انتقال به میزان قابل توجّهی کاهش می یابد. از آن جایی که باز کردن تعدادی از خطوط ممکن است قابلیت اطمینان سیستم را کاهش دهد بنابراین مسأله ی کلیدزنی با مسأله ی قابلیت اطمینان ترکیب شده به گونه ای که جواب های ارائه شده ضمن ایجاد صرفه جویی اقتصادی، سطح قابلیت اطمینان سیستم را نیز حفظ می کنند.

پاره ای از مصرف کننده های انرژی الکتریکی به قابلیت اطمینان بالایی احتیاج دارند. قطعی ها و کمبود ولتاژ بر این مصرف کننده ها بیش از هزارها دلار خسارت وارد می کند. این مصرف کننده ها برای بالا بردن قابلیت اطمینان از روشهای متداولی نظیر ‏‎ups‎‏ها و تجهیزات اضطراری استفاده میکنند. خوشبختانه امروزه با ظهور قطعات مدرن الکترونیک قدرت، ابزار مناسبی برای انجام این کار ارائه شده است. یک نمونه از این قطعات کلید انتقال بار استاتیکی(static transfer switch) می باشد. این وسیله در مواقعی بکار می رود که دو خط تغذیه مستقل در شبکه موجود باشد بار حساس در حالت عادی از یک فیدر تغذیه می شود و در صورت بروز اغتشاش به فیدر دیگر انتقال می یابد. هدف از این مجموعه، مطالعه نحوه عملکرد و بررسی اثر انتقال بار توسط ‏‎sts‎‏ بر روی شبکه می باشد. کمبور ولتاژ، قطعی ها و روش های مقابله با آن مورد ارزیابی قرار می گیرد. سپس با شیوه عملکرد ‏‎sts‎‏ ها و نحوه عملکرد آن در مودهای مختلف آشنا می شویم. در فصل سوم شیوه آشکارسازی ولتاژ و طرح کلیدزنی تریستورهای ‏‎sts‎‏ معرفی می شوند. یک سیستم سه فاز نمونه توسط نرم افزار ‏‎psim‎‏ شبیه سازی خواهد شد. همچنین بین نتایج یک سیستم آزمایشگاهی با نتایج حاصل از شبیه سازی مقایسه بعمل خواهد آمد. تاثیر عملکرد ‏‎sts‎‏ها بر بارهای دیگر شبکه از موضوعاتی می باشند که در این مجموعه مورد بحث قرار می گیرد. در پایان نیز یافته ها و پیشنهادات لازم ارائه می شود.