انرژی الکتریکی در بین گونه‏های مختلف انرژی به دلایل متعدد از جمله پاک بودن، سهولت مصرف و امکان تبدیل به انواع دیگر انرژی از ویژگی‏های مطلوب و منحصر به فرد برخوردار است. انرژی الکتریکی قابلیت ذخیره سازی نداشته و باید در هر لحظه که مصرف کننده نیاز داشته باشد تولید شود. بنابراین همواره بین تولید و مصرف باید اتصال الکتریکی برقرار باشد. یعنی بخش?های مختلف تولید، انتقال و توزیع (سیستم قدرت) باید هماهنگ و با امنیت کامل به کار خود ادامه دهند. به منظور حفظ امنیت و تداوم شرایط مناسب این سیستم، نیاز به بهره?برداری صحیح و بهینه آنها می?باشد. بهره?برداری به معنای نظارت، کنترل و هماهنگی تمامی اجزای سیستم قدرت بوده، که نیروی انسانی(بهره‏بردار) در کنار تجهیزات نقش بسیار مهمی را ایفا می?نماید. اما با رشد روز افزون تقاضا، پیچیده?تر شدن روش?های بهره?برداری از تجهیزات و استفاده گسترده و مستمر از کامپیوتر در سیستم?های قدرت موجب شده تا نقش نیروی انسانی در امور اجرایی و کنترل این سیستم کاهش یافته و سیستم?های خودکار و اتوماتیک جایگزین شوند تا تصمیم‏سازی سریع و صحیح صورت پذیرد. این امر در سیستم?های قدرت اتوماسیون نامیده می‏شود و جزء جدا نشدنی بهره?برداری است. لذا لزوم استفاده از کامپیوترها در بهره برداری جزء لاینفک سیستم‏های قدرت بشمار می‏آید. واضح است که بهره‏برداری از این سیستم پیچیده به مطالعات پیشرفته و توسعه یافته کامپیوتری نیاز دارد. طیف وسیعی از نرم‏افزارهای پیشرفته کامپیوتری که با زحمت زیاد طی سال‏های متمادی تهیه شده‏اند و در فصل‏های دوم ،سوم و چهارم مفصلاً بحث خواهند شد، در نقاط متعدد چرخه برنامه?ریزی بهره?برداری بمنظور بررسی?های فنی امنیت و اقتصاد عرضه برق استفاده می‏شوند. این نرم‏افزارها شامل برنامه‏های پخش‏بار، بررسی سطوح اتصال کوتاه، بررسی پایداری، بررسی سطوح ولتاژ، قابلیت اطمینان و غیره هستند که جهت مطالعات شبکه یک نیاز ضروری بشمار می‏آیند. استفاده از این نرم‏افزارها بمنظور طراحی، تحلیل، بهره‏برداری سیستم قدرت جایگاه ویژه‏ای در بین مهندسین و متخصصین سیستمهای قدرت دارد. امروزه بسیاری از تحلیل‏ها، بررسی‏های شبکه از دیدگاه‏های مختلف برنامه‏ریزی، کنترل، حفاظت و بهره‏برداری اقتصادی، قابلیت اطمینان، کیفیت توان با استفاده از نرم‏افزارهای جامع تخصصی قدرت و بسادگی و با دقت بالایی قابل انجام است. همچنین بسیاری از اتفاقات مشکل آفرین در سیستم قدرت به مدد استفاده از کامپیوتر در شبیه‏سازی، تحلیل‏های شبکه موجود، قابل پیش‏بینی وجلوگیری است. بنابراین با توجه به حجم بالای سرمایه‏گذاری در بخش‏های مختلف صنعت برق، مشکلات و هزینه‏های قابل توجه نگهداری و بهره‏برداری از تجهیزات سیستم‏های قدرت، استفاده از نرم‏افزارهای پیشرفته و هوشمند، از مرحله برنامه‏ریزی تا بهره‏برداری اجتناب ناپذیز است. در این راستا و به موجب نیل به اهداف بهره‏برداری و کنترل سیستم‏های قدرت و همچنین بررسی میزان عملکرد نرم‏افزارهای هوشمند در بهره‏برداری از سیستم‏های قدرت، پس از بررسی انواع نرم‏افزارهای شبیه‏ساز سیستم‏های قدرت و انتخاب بهترین آنها به لحاظ انعطاف پذیری و ماژولار بودن به بررسی مطالعات سیستم در بخش‏های hv,lv بر اساس نرم‏افزارهای منتخب (نرم‏افزارdigsilent13.2در بخش انتقال و فوق توزیع و نرم افزار etap5.0.3 در سیستم‏های صنعتی) پرداخته که نتایج آن در فصل پنجم ارائه گردیده است.

کیفیت توان به عنوان یک مفهوم فراگیر برای انواع مختلف اغتشاشات سیستم قدرت بکار می رود . اما در حقیقت در بسیاری از موارد کیفیت ولتاژ مورد نظر است . این بدان معنی است که شبکه توزیع فقط می تواند کیفیت ولتاژ را کنترل کند و هیچ کنترلی روی جریانی که یک بار خاص می کشد ندارد . در واقع به طور خلاصه می توان گفت شبکه های قدرت طوری طراحی شده اند که دریک ولتاژ سینوسی با فرکانس 50 یا 60 هرتز و در دامنه مشخص کار کنند . هر گونه انحراف قابل توجه در دامنه ، فرکانس و یا خلوص شکل موج یک مسأله کیفیت توان محسوب می شود . واژه کیفیت برق در کشورهای صنعتی کاربرد فراوانی پیدا کرده است و امروزه توجه شرکت های برق مشترکین آن ها به شکل روز افزون به مسأله کیفیت توان یا کیفیت برق معطوف شده است . مبحث فوق تعداد بسیاری از اعوجاج های موجود در شبکه برق از جمله فلیکر ، نامتعادلی و افت یا افزایش ولتاژ ، قطعی و هارمونیک ها را پوشش می دهد . با توجه به مشکلات زیاد ناشی از کیفیت نامطلوب برق ، استفاده از روش های مناسب جهت بهبود آن امری ضروری می باشد . از جمله تجهیزاتی که می توانند برای بهبود کیفیت توان در سیستم های توزیع به کار برده شوند ، می توان به ادوات custom power اشاره کرد . بازیاب دینامیکی ولتاژ ( dvr ) یکی از این ادوات می باشد که به صورت سری با شبکه قرار گرفته و باتزریق یک ولتاژ مناسب ، می تواند بارهای حساس را در برابر مشکلات ولتاژی شبکه حفاظت نماید . در ابتدا انواع اغتشاشات تأثیر گذار بر کیفیت توان سیستم های قدرت بیان می گردد . به عنوان راه حل برای مقابله با این اغتشاشات ادوات custom power و خصوصاً dvr معرفی می گردد . هم چنین از مدل smc ، طراحی مناسب به کمک سوئیچ های ترانزیستوری صورت پذیرفته بیان می شود . در این پایان نامه از اینورترهای مالتی سل به عنوان نسل جدید اینورترهای چند سطحی به جای استفاده از اینورتر های مالتی لول مورد بررسی و استفاده قرار خواهند گرفت . و در ادامه ساختار کنترلی جدیدی مبنی بر pll مطرح گردیده است . مدل های فوق الذکر به کمک نرم افزار matlab شبیه سازی شده است .

دنیای مدرن امروزی به شدت نیازمند انرژی برق با کیفیت وقابلیت اطمینان بالاست. استفاده از منابع تجدید پذیر، گسترش بازارهای رقابتی برق و فرسوده شدن شبکه های انتقال وتوزیع از مهمترین چالشهای در پیش رو در جهت ارائه راه حلهایی به منظور افزایش قابلیت اطمینان،امنیت وکیفیت توان است. در سیستم های قدرت سنتی، سیستم توزیع به عنوان بخش وا سط بین سیستم تولید و انتقال از یک طرف و مراکز بار مصرفی از طرف دیگر می باشد و به عنوان یک بخش پسیو تلقی می شود. با اتصال تولیدات پراکنده نظیر توربین های گازی، بادی و پیل های سوختی و ... به سیستم توزیع این بخش از سیستم قدرت به یک عنصر اکتیو تبدیل شده است. این موضوع بسیاری از مسائل سیستم های قدرت نظیر پخش بار، اتصال کوتاه، حفاظت، کنترل ولتاژ، قابلیت اطمینان و ... را تحت تاثیر قرار می دهد. ریزشبکه ها ساختار سیستم قدرت آینده هستند که منافع اقتصادی و زیست محیطی متعددی در مقایسه با سیستمهای قدرت مدرن امروزی دارند. گسترش اصول ریز شبکه وتکنولوژیهای مورد نیاز آن تلاش قابل توجهی را برای تجزیه وتحلیل چالشهای متعدد اقتصادی - تجاری وتکنیکی می طلبد. ریز شبکه نیازبه چند تکنولوژی پایه برای عملکرد دارد که عبارتند از :تولید پراکنده، کلید های مورد استفاده در اتصالات وسیستمهای کنترلی. طراحی، قابل قبول بودن ودسترسی به تکنولوژیهای ارزان قیمت برای جزیره ای کردن و استفاده در ریز شبکه ها از چا لشهای تکنیکی در این زمینه می باشند. در این پایان نامه ابتدا به معرفی ریز شبکه پرداخته شده و سپس یک نمونه از ریز شبکه برای بررسی رفتار دینامیکی آن تحت شرایط مختلف ارائه می شود. در فصل دوم اجزای مختلف ریز شبکه که شامل دیزل ژنراتور سنکرون، توربین بادی ژنراتور القایی تغذیه از دو سو،سلولهای فتوولتاییک و باتری هستند مدلسازی شده وسیستم های کنترل آنها در نرم افزار دیگسایلنت 14.05معرفی شده است. بررسی رفتارهای دینامیکی ریز شبکه تحت شرایط مختلف مانند جزیره ای شدن ، تغییر سرعت باد، تغییر میزان جریاندهی سلولهای فتوولتاییک و.... دراین پایان نامه مد نظر بوده و نتایج شبیه سازی ارائه شده است. ودر پایان پیشنهاد هایی برای ادامه ی موضوع این پایان نامه ارائه می گردد. واژگان کلیدی: منابع تولید پراکنده، ریزشبکه، مدلسازی، توربین بادی، ژنراتور القایی تغذیه از دو سو، سلولهای فتو ولتاییک، دیزل ژنراتور سنکرون، باتری.

بسیاری از شبکه های توزیع شعاعی به طور سنتی بهره برداری می شود، بنابراین طراحی یک سیستم حفاظت عملی برای این شبکه ها بسیار پیچیده است. در سال های اخیر با تغییر رویکرد سیستمی و استفاده بیشتر از واحدهای تولید پراکنده در سیستم های قدرت، ماهیت شعاعی این شبکه ها تغییر کرده است. در نتیجه، طراحی سیستم حفاظت و تجزیه و تحلیل پایداری گذرا را با مشکلات بسیاری مواجه کرده است. در شبکه های به هم پیوسته بواسطه پیچیدگی شبکه و دخالت مشترک منابع در تغذیه جریان، کار تنظیم و هماهنگی رله ها مشکلات و مباحث بسیاری را فرا روی خود دارد. هماهنگی رله ها در این شبکه ها در بسیاری مراجع برای حالت عادی شبکه صورت گرفته است. ولی این نوع تنظیم نمی تواند ملزومات هماهنگی سیستم حفاظتی را در صورت تغییر ساختار شبکه برآورد. هماهنگی بین رله ها بایستی هم در شرایط عادی شبکه و هم شرایط اضطراری از قبیل خروج یک یا چند عنصر حفظ گردد. ایده آل آن است که تمام شرایط ممکن بررسی شود و سعی گردد تا سیستم حفاظتی برای تمامی این حالات، عملکرد مناسبی داشته باشد ولی از آنجا که در شبکه های به هم پیوسته و بزرگ بررسی تمام حالات و شرایط خطا عملی نیست شرایطی که منجر به وضعیت بحرانی در هماهنگی رله ها می گردد باید تعریف شود و عمل تنظیم رله ها بر اساس این حالات انجام شود. در این مقاله پایداری گذرا برای سیستم قدرت تک ماشینه و چند ماشینه و زمان بحرانی رفع خطا با استفاده از معیار برابری سطوح و روش مستقیم تابع انرژی لیاپانف مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت با هماهنگی تنظیم زمانی رله ها، از عملکرد نامناسب سیستم حفاظتی جلوگیری می شود. برای این منظور سیستم قدرت تک و چند ماشینه با اعمال خطا در باس های مختلف در نرم افزار شبیه سازی شده است. با اعمال تابع انرژی لیاپانف، خروجی که زمان و زاویه بحرانی رفع خطا می باشد، به مرحله بعدی که هماهنگی رله ها و تنظیم زمان عملکرد رله ها می باشد فرستاده شود. لذا روشی اتخاذ گردیده است که بتوان با اعمال آن بررسی هماهنگی رله ها را در تمامی شرایط ممکن شبکه تضمین کرد. همچنین روش هماهنگی بهینه به منظور هماهنگی رله ها بر اساس الگوریتم ژنتیک برای حالت عادی و بحرانی ارایه گردیده است.

در بسیاری از سیستمهای انرژی الکتریکی، ترکیبی از چند تولیدکننده، مصرفکننده و یا ذخیرهکننده انرژی به تبادل توان با یکدیگر میپردازند. لوازم خانگی و پروسههای صنعتی چندموتوره، منابع تغذیه بدون وقفه و خودروهای برقی، نمونههایی از سیستمهای انرژی ترکیبی بهشمار میروند. با گسترش استفاده از این سیستمهای ترکیبی، تحقیقات گستردهای نیز برای توسعه فنآوریهای مربوط به آن از جمله مبدلهای الکترونیک قدرت در حال انجام است. در سیستمهای انرژی ترکیبی با توجه به وجود سیستمهای انرژی، به چندین مبدل الکترونیک قدرت جهت کنترل، هماهنگی و تبادل انرژی نیاز میباشد. وجود چندین مبدل مجزا، ممکن است با توجه به نوع کاربرد، منجر به افزایش حجم و قیمت و کاهش قابلیت اطمینان سیستم گردد. استفاده از یک مبدل چند-ترمیناله بهجای چندین مبدل معمولی میتواند راهحلی برای رفع این مشکلات باشد. یک مبدل چند-ترمیناله، ممکن است شامل چندین ترمینال dc، چندین ترمینال ac و یا ترکیبی از ترمینالهای dc و ac باشد که با توجه به نوع کاربرد، مبدل مورد نیاز انتخاب میشود. توسعه مبدلهای چند-ترمیناله با هر دو ترمینال ac و dc قابلیت کنترل بیشتری دارند. بر این اساس مبدل 9-سوئیچه و 6- سوئیچه بهعنوان مبدل پایه در این پایان نامه انتخاب شده است. این مبدلها یک مبدل چند-ترمیناله با دو ترمینال ac و یک ترمینال dc میباشد. استفاده ازمبدلهای 9-سوئیچه و6-سوئیچه که به ترتیب از 9 و 6 کلید نیمههادی تشکیل شده است، میتواند باعث کاهش حجم و قیمت سیستمهای انرژی ترکیبی گردد. یکی از مشکلات اینورترها کاهنده بودن آنها و تصال کوتاه ناخواسته لینک dc میباشد. مبدلهای منبع امپدانس برای رفع این مشکلات استفاده میگردند. مشکل بهره پایین ولتاژ در ساختارهای کلید کاهش یافته شدیدتر است. در این پایان نامه با استفاده از ساختارهای منبع امپدانس مشکلات اینورترهای کلید کاهش یافته برطرف میشود. مبدل پیشنهادی در محیط matlab/simulink مورد شبیه سازی قرار گرفته و صحت عملکرد آن مورد تایید قرار گرفته است