یکی از مسائل مهم در سیستم های قدرت، امنیت سیستم در برابر اختلالات مختلف می باشد. یکی از روش های مناسب برای تحلیل امنیت دینامیکی سیستم قدرت روش تحلیل حساسیت مسیر حالت می باشد. در سال های اخیر با ورود منابع پراکنده به سیستم های توزیع مفهوم جدیدی تحت عنوان مایکروگرید مطرح شده است. از آنجاکه منابع پراکنده مبتنی بر ژنراتور سنکرون یکی از پرکاربردترین انواع منابع پراکنده بوده، لزوم حفظ پایداری زاویه ای یکی از مهم ترین مسائل در مایکروگریدهاست. در این پایان نامه با کمک روش تحلیل حساسیت مسیر حالت به بررسی پایداری زاویه ای ژنراتورهای سنکرون موجود در مایکروگرید در اثر اختلالات مختلف پرداخته می شود. به کمک تحلیل حساسیت مسیر حالت نحوه محاسبه برخی از پارامترهای مهم سیستم قدرت بیان می گردد. زمان بحرانی رفع خطا و توان مکانیکی بحرانی ژنراتورهای سنکرون از جمله این پارامترها می باشند. به منظور محاسبه این پارامترها هم از روش های پیشنهادی در مراجع قبلی استفاده شده و هم روش های جدیدی ارائه گردیده است. در این پایان نامه الگوریتم هایی برای حفظ پایداری نوسان اول این منابع برای مجموعه ای از اختلالات ارائه شده است. استفاده از جبران توان راکتیو و یافتن محدوده مناسب برای بارگذاری منابع پراکنده از جمله راه حل هایی هستند که برای حفظ پایداری نوسان اول استفاده شده است. به منظور بررسی عملکرد الگوریتم ها از یک مایکروگرید نمونه استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که این الگوریتم ها پایداری نوسان اول منابع سنکرون موجود در مایکروگرید را در اثر اختلالات مورد نظر فراهم می نمایند. در این پایان نامه دو نوع اختلال در نظر گرفته شده است، در یکی از اختلالات مایکروگرید در اتصال به شبکه باقی می ماند و در نوع دیگر، پس از وقوع اختلال مایکروگرید از شبکه اصلی جدا شده و به صورت خودگردان به کار خود ادامه می دهد. همچنین در این پایان نامه با کمک تحلیل حساسیت مسیر حالت شاخصی با در نظر گرفتن حاشیه های پایداری زاویه ای تعریف شده است که به کمک آن می توان محل مناسب نصب منابع پراکنده مبتنی بر ژنراتور سنکرون در سیستم های توزیع و مایکروگریدها را تعیین نمود.

ماشین شار متقاطع یکی از انواع ماشین های سنکرون مغناطیس دائم است که در آن خطوط شار و صفحه عمود بر محور دوران رتور بر یکدیگر عمود می باشند. مسیر سه بعدی شار در ماشین های شار متقاطع استفاده از یک سیم پیچ برای تولید شار در همه قطب های ماشین را امکان پذیر می سازد و چون مسیر شار در هسته استاتور در این نوع ماشین ها کوتاه تر از ماشین های معمولی است چگالی شار فاصله هوایی در مقایسه با سایر ماشین ها بیشتر می باشد. مزیت چگالی گشتاور و توان بالای این ماشین و سادگی ساخت ماشین با تعداد قطبهای بسیار بالا موجب شد که این ماشین به ویژه در کاربردهایی نظیر موتورهای محرکه کشتی که نیاز به ماشین با گشتاور بالا و سرعت پائین دارند مورد توجه قرار گیرد. چگالی گشتاور در ماشین های شار متقاطع به طور نوعی سه تا چهار برابر ماشین های dc، سنکرون و القایی می باشد در حالی که از لحاظ وزن سه تا پنج برابر سبکتر از سایر انواع ماشین ها با توان مشابه می باشد. . نسبت توان به وزن برای ماشین های شار متقاطع به طور نوعی در محدوده 2 - 5/0 است که این مشخصه برای سایر انواع ماشین ها 8/0 - 25/0 می باشد. همچنین نسبت گشتاور به حجم در موتورهای شار متقاطع با طراحی و کاربردهای خاص گشتاور بالا حدود 90 برای موتورهای شار متقاطع معمولی حدود 40-20 است. در حالیکه در ماشین های معمولی این نسبت حدود 10 - 5 است. مهمترین ویژگی ماشین شار متقاطع در کاربردهای با سرعت پایین امکان حذف جعبه دنده است که موجب افزایش بازده و کاهش هزینه تعمیر و نگهداری سیستم می شود. اخیرا با گسترش نیروگاه های بادی، ماشین شار متقاطع به عنوان یکی از گزینه های مناسب برای توربین-ژنراتورهای بادی بدون جعبه دنده مورد توجه قرار گرفته اند. در این پایان نامه یک روش تحلیلی برای مدلسازی ماشین های شار متقاطع بر مبنای مدار معادل مغناطیسی بهبود یافته ارائه شده است. روش پیشنهادی در این پایان نامه برای مدلسازی و تحلیل ماشین شار متقاطع بر مبنای روش لوله های شار می باشد که در آن اثرات اشباع هسته فرومناطیسی و شار نشتی نیز در نظر گرفته شده اند. مدل ارائه شده شامل ترکیب سری-موازی رلوکتانسهای معادل بخش های مختلف ماشین شامل فاصله هوایی، مغناطیس دائم، و هسته های فرومغناطیس استاتور و رتور ماشین می باشند. دقت مدل پیشنهادی با مقایسه مشخصه های ماشین با نتایج تحلیل به روش اجزای محدود مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین برای راست آزمایی مدل و روش پیشنهادی، یک نمونه عملی از ماشین شار متقاطع 8 قطبی با آهنربای دائمی ساخته شده و مشخصه های استاتیکی آن اندازه گیری و با نتایج مدل پیشنهادی مقایسه گردیده اند. نتایج بررسی نشان می دهد که خطای مدل تحلیلی ارائه شده کمتر از 8% است که می توان از آن برای طراحی مقدماتی ماشین های شار متقاطع استفاده نمود.

در این پایان نامه روش طراحی و ساخت واسطه های الکترونیک قدرت برای سیستم های انرژی خورشیدی با تأکید بر توپولوژی های مناسب برای کاربردهای توان بالا در سیستمهای متصل به شبکه ارائه می گردد. سلول های خورشیدی عموماً ادوات نیمه هادی هستند که مستقیماً انرژی خورشید را به برق جریان مستقیم تبدیل می کنند. پیشرفت های صورت گرفته در تکنولوژی سلول خورشیدی منجر به کاهش هزینه برق تولیدی توسط این دسته از ادوات در دهه های اخیر گردیده است. امروزه سیستم های انرژی خورشیدی کوچک و توان متوسط به صورت تجاری در دسترس هستند و پیش بینی می شود که سیستم های انرژی خورشیدی در گستره توان مگاوات به صورت اقتصادی درچند سال آینده در دسترس قرار گیرند. سیستم های انرژی خورشیدی به دو دسته سیستم های مستقل و متصل به شبکه دسته بندی می شوند. سیستم های مستقل خورشیدی عموماً برای تأمین برق نقاط دورافتاده مورد استفاده قرار می گیرند و شامل یک واحد ذخیره کننده انرژی هستند. سیستم های انرژی خورشیدی متصل به شبکه اغلب برای تزریق جریان الکتریکی تولید شده به شبکه بدون استفاده از واحد ذخیره کننده انرژی طراحی می شوند. مدار واسطه الکترونیک قدرت به دو دلیل اصلی در سیستم های انرژی خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند: 1- جذب حداکثر توان قابل دسترس از طریق تنظیم نقطه کار سلول؛ و 2- تبدیل جریان مستقیم تولید شده توسط سلول، به ولتاژ متناوب با سطح ولتاژ و فرکانس مطلوب برای کاربرد های اتصال به شبکه. این پایان نامه ابتدا به بررسی و مطالعه انواع روش های تعقیب نقطه توان بیشینه پرداخته و سپس با ارائه یک مدار پیشنهادی ساده یکی از این روش ها را مورد آنالیز و تحلیل قرار داده است. مدار پیشنهادی با کنترل کننده آنالوگ و بر اساس روش مرجع ولتاژ ثابت طراحی شده است که درآن ولتاژ سلول از طریق یک مبدل الکترونیک قدرت dc/dc در ولتاژ بهینه آن تثبیت می شود. عملکرد مدار پیشنهادی که شامل واحد حفاظت باتری نیز می باشد به صورت عملی از طریق یک سیستم تست شامل چهار سلول خورشیدی که در چهار زاویه مختلف نسبت به تابش خورشید قرار گرفته اند مورد ارزیابی قرار گرفته است.سادگی طرح پیشنهادی، ارتقاء قابلیت اطمینان را به دلیل امکان استفاده آن در سیستم های بخش پذیر فراهم می کند. همچنین سیستم های انرژی خورشیدی متصل به شبکه در این پایان نامه مورد بررسی قرار گرفته و یک ساختار اینورتر چندسطحی با الگوریتم کنترلی مناسب جهت کاربرد های توان بالا پیشنهاد شده است. در این راستا ابتدا توپولوژی های اتصال به شبکه مرور و مقایسه شده اند. سپس اینورتر های چندسطحی به دلیل قابلیت آن ها در انتقال توان در سطوح ولتاژ متوسط به عنوان راه حل مناسب برای کاربرد های توان بالا معرفی شده اند. روش پیشنهاد شده شامل یک توپولوژی اینورتر هفت سطحی با حداکثر فرکانس کلید زنی محدود شده و روش کنترل جریان به عنوان واسطه الکترونیک قدرت برای کاربرد های اتصال به شبکه می باشد. در این روش کنترلی ولتاژ شبکه به عنوان مرجع جریان تزریقی به شبکه انتخاب شده است تا مبدل جریان را با ضریب توان واحد به شبکه تزریق کند. مدارکنترل کننده پیشنهادی همچنین مجهز به واحد تعقیب توان بیشینه سلول ها می باشد. صحت عملکرد مدار و کنترل کننده پیشنهادی از طریق یک سیستم تست اثبات و کیفیت توان آن نیز از طریق آنالیز هارمونیک کمیت های خروجی مبدل ارزیابی شده است.

در سال های اخیر به دلیل افزایش دمای متوسط کره زمین، بشر به دنبال روش های جایگزین برای تامین توان الکتریکی مورد نیاز خود بوده و همچنین در اکثر نقاط جهان سوزاندن سوخت های فسیلی در نیروگاه های حرارتی به عنوان مهم ترین روش تولید توان الکتریکی مطرح بوده است. به دلیل توجه به مسایل زیست محیطی، استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر در سال های اخیر شدت یافته است. نیروگاه های بادی به عنوان یک منبع تولید توان الکتریکی، در سیستم های قدرت امروزی مورد استفاده قرار می گیرند. در مقایسه با دیگر منابع انرژی تجدید پذیر، رشد استفاده از نیروگاه های بادی چشمگیر است. این نوع منبع تولید توان به دلیل سرعت متغیّر باد، توان خروجی متغیّری داشته و به همین دلیل از جنبه های مختلفی بر سیستم قدرت تاثیر می گذارد. با توجه به رقابتی شدن بازار برق و هزینه های بالای قطع برق، قابلیت اطمینان سیستم قدرت از اهمیت ویژهای برخوردار است. شاخص های قابلیت اطمینان سیستم قدرت، سطح قابلیت اطمینان آن را مشخص می کنند و بر اساس آن هاتعیین می شود که سیستم قدرت مورد مطالعه تا چه حد قابل اطمینان است. این شاخص ها سیستم را از جنبه های مختلفی مورد بررسی قرار می دهند. شاخص های کفایت، توانایی سیستم قدرت را در تامین بار مورد تقاضا مورد بررسی قرار می دهند. با بررسی این شاخص ها، عملکرد سیستم قدرت برای تامین بار مورد تقاضا، سنجیده شده و برای آن برنامه ریزی می شود. با گسترش استفاده از نیروگاه های بادی بزرگ و کوچک در سیستم های قدرت امروزی، مطالعه تاثیر آن ها بر شاخص های کفایت ضروری به نظر می رسد. تاکنون روش های متعددی برای مدلسازی سیستم قدرت شامل نیروگاه های بادی ارایه شده است. بخش اصلی این روش ها چگونگی مدلسازی رفتار متغیّر سرعت باد است. در این پایان نامه به مدلسازی نیروگاه بادی بر اساس روش مارکوف پرداخته می شود. با استفاده از این روش تاثیر در نظر گرفتن احتمال تغییردر بین حالت های توان خروجی نیروگاه بادی؛ بر شاخص های کفایت سیستم بررسی می گردد این در حالیست که روش های مرسوم که از تابع توزیع احتمال برای مدلسازی سرعت باد استفاده می کنند، از این قابلیت برخوردار نیستند. در روش مذکور برای مدلسازی مزرعه بادی از اطلاعات واقعی سرعت باد به مدت یکسال در شهرهای خاف، اهر آفریز و فدشک استفاده شده و تاثیر انتخاب منابع بادی مختلف برای احداث نیروگاه های بادی ، بر شاخص های کفایت سیستم قدرت بررسی شده است. نیروگاه بادی به عنوان جزیی از واحدهای تولید توان در سیستم قدرت به شمار می رود از این رو، در این پروژه برای بدست آوردن شاخص های کفایت، نیروگاه بادی به روش بازگشتی به سیستم تولید توان rbts اضافه شده است. توربین های بادی به کار رفته در مزرعه بادی بر توان خروجی آن مزرعه تاثیر می گذارند، لذا تاثیرانتخاب توان نامی توربین بر شاخص های کفایت سیستم قدرت شامل مزرعه بادی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. نیروگاه های بادی می توانند تا حد خاصی شاخص های کفایت را بهبود بخشند. برای توجه به این نکته مفهوم ظرفیت بحرانی معرفی گردیده و همچنین الگوریتم تعیین ظرفیت نامی نیروگاه بادی مناسب برای یک سایت خاص پیشنهاد شده است. نحوه بهبود شاخص های کفایت با افزایش ظرفیت نامی نیروگاه های بادی موجود در سیستم، نسبت به حالتی که نیروگاه های معمولی سطح مطلوب شاخص های کفایت را تامین می کنند، متفاوت است. برای بررسی تاثیر نیروگاه های بادی بر توانایی تامین بار مورد تقاضای سیستم قدرت و مقایسه آن با نیروگاه های معمولی، سناریو های پنج ساله در نظر گرفته شده است. در این سناریوها توانایی تامین سطح مطلوب شاخص ریسک توسط نیروگاه های بادی و نیروگاه های معمولی با هم مقایسه می شود.

در دو دهه ی اخیر گسترش تولید توان با استفاده از نیروگاه های بادی به عنوان یکی از منابع اصلی انر‍‍‍‍‍‍ژی تجدیدپذیر، در زمره ی سیاست های توسعه ی پایدار اکثر کشورها قرار گرفته است. در این راستا نیروگاه های بادی فراساحل، به دلیل قابلیت تولید توان بالاتر سهم عمده ای از تولید نیروگاه های بادی را به خود اختصاص داده اند. هم زمان با افزایش توان تولیدی، فاصله ی نیروگاه های فراساحل از شبکه ی ساحلی و ابعاد سیستم الکتریکی داخلی آن ها افزایش می یابد. به دلیل خاصیت خازنی بالای کابل های زیر دریایی، سیستم انتقال ac مرسوم، سیستم کارآمدی برای این نیروگاه ها نخواهد بود و در نتیجه انتقال توان در نیروگاه های فراساحل به عنوان یک چالش مهم در توسعه ی این نیروگاه ها مطرح می گردد. پژوهش های اخیر، سیستم یکپارچه ی dc شامل سیستم انتقالdc ولتاژ بالا به همراه سیستم کلکتور dc با ولتاژ پایین یا متوسط را به عنوان یک راه حل مناسب برای انتقال توان نیروگاه های بادی به شبکه پیشنهاد می کند. سیستم کلکتور در یک نیروگاه بادی، شامل کابل های اتصال واحدهای توربین- ژنراتور، ترانسفورمرها و واحدهای الکترونیک قدرت از ترمینال ژنراتور تا نقطه ی اتصال به سیستم انتقال است. این پایان نامه، ابتدا به بررسی سیستم یکپارچه ی dc در کاربرد خاص نیروگاه های بادی فراساحل می پردازد و توپولوژی مناسبی برای سیستم کلکتور dc در این نیروگاه ها ارائه می دهد. در این راستا، ساختارهای مورد استفاده در یک سیستم یکپارچه ی قدرت dc بررسی گردیده اند و ساختار مناسبی شامل ژتراتور سنکرون مغناطیس دائم با واسطه دیودی و مبدل dc/dc برای اتصال به سیستم کلکتور dc یک نیروگاه فراساحل ارائه گردیده است. برای تحلیل و طراحی سیستم پیشنهادی، مدل دینامیکی ساده شده ای بر مبنای ایده ی جداسازی دینامیک های تُند و کُند ارائه و با استفاده از مدل پیشنهادی سیستم کنترل مناسب برای ساختار توربین- ژنراتور طراحی گردیده است. راست آزمایی مدل و راهکار کنترل پیشنهادی از طریق آنالیز حساسیت و شبیه سازی یک سیستم مطالعاتی دو ماشینه با اتصالات سری انجام شده است. نتایج این بررسی، توانایی کنترل کننده ها در تعقیب سرعت مرجع و پس زنی اعوجاج را با درصد خطای کم تر از 1% نشان می دهد. هم چنین براساس آنالیز حساسیت انجام شده، مقاوم بودن سیستم کنترل نسبت به تغییر پارامترهای مدل ارائه شده بررسی و ارزیابی گردیده است. در ادامه توپولوژی اتصال ماتریسی بر مبنای سیستم کلکتور dc سری- موازی پیشنهاد گردیده است که در آن با ایجاد مسیرهای مناسب بین شاخه ها هنگام وقوع شکست گسترده در واحدها، مشکل اضافه ولتاژ که درتوپولوژی سری- موازی مرسوم وجود دارد، برطرف می گردد. این توپولوژی امکان جذب حداکثر توان قابل دسترس از نیروگاه را در شرایط شکست یک یا چند واحد فراهم می آورد و به این ترتیب بازده و قابلیت اطمینان سیستم را بهبود می بخشد. مقایسه ی کارایی توپولوژی ماتریسی با روش اتصال سری-موازی براساس تحلیل ریاضی ارائه شده و بر روی یک سیستم مطالعاتی شامل 12 واحد توربین-ژنراتور بادی پیاده سازی شده است. براساس این تحلیل نشان داده شده است که ناحیه ی عملکرد و کارایی روش اتصال ماتریسی با افزودن تعداد شاخه-های موازی به سیستم کلکتور گسترش می یابد. تحلیل ارائه شده همچنین معیاری برای تعیین تعداد شاخه های موازی و تعیین تعداد واحدهای مناسب در شاخه های سری ارائه می نماید که می تواند در طراحی سیستم کلکتور مورد استفاده قرار گیرد.

به دلیل طبیعت پیچیده خودروهای هیبرید، استراتژیهای کنترلی طراحی شده بر مبنای بینش مهندسی معمولاً عملکرد بهینه خودرو را تأمین نمی کنند و استفاده از الگوریتم های بهینه سازی ضروری است. سیستم ذخیره انرژی یک خودروی هیبریدی با سه شاخص مهم، انرژی ویژه و توان ویژه وسیکل طول عمر ارزیابی می گردد. سیستم بهینه پیشنهادی شامل استفاده همزمان باتری و ابرخازن با کنترل مبتنی بر فازی بر روی خودرو مرجع در یک سطح و استفاده از رویکرد فازی با بهره گیری از خروجی های سیستم فازی ذخیره انرژی جهت کنترل نقاط کارکرد موتور احتراقی به عنوان سطح دوم می باشد. بهینه سازی نقاط عملکرد موتور احتراقی با هدف کاهش سوخت در مرحله اول و کاهش آلایندگی در مرحله دوم و بهره گیری از ابرخازن جهت بهبود شتاب لحظه ای خودرو، افزایش طول عمر باتری، قابلیت شیپ پیمایی و پشتیبانی در جهت کاهش مصرف سوخت طراحی شده است. در این طرح انتخاب ظرفیت خازن مبتنی بر میزان حداکثر تاثیرگذاری درخروجی می باشد و باید دانست مصالحه انتخاب مشخصات ابرخازن و باتری از دیگر چالش های طراحی به شمار می آید. سیستم پیشنهادی بر روی خودرو مرجع پریوس با استفاده از نرم افزار advisor شبیه سازی گردید و جهت مقایسه طرح ارائه شده، شاخص های خروجی خودرو از قبیل سطح شارژ، مصرف سوخت، آلایندگی، تست سرعت و شتاب و همچنین شیب پیمایی تحت مقایسه با خودرو مرجع قرار گرفت چگونگی روند بهبود آن ترسیم گردید. نتایج تحقیقات بیشتر و پیاده سازی آنها بر روی خودروهای هیبرید الکتریکی تجاری می تواند بهره وری و کاهش قیمت این نوع از خودروها را جهت متقاعد کردن مشتریان برای استفاده بیشتر بهراه داشته باشد.

با توجه به ضرورت های استفاده از منابع انرژی پاک در جهت کاهش آلودگی محیط زیست و توسعه پایدار، در حال حاضر نصب وگسترش نیروگاه های بادی به عنوان یکی از اقتصادی ترین منابع انرژی تجدیدپذیر در اولویت توسعه انرژی بسیاری از کشورها قرار گرفته است. سه ساختار اصلی که برای تبدیل انرژی مکانیکی توربین بادی به انرژی الکتریکی به کار می روند شامل توربین-ژنراتورهای سرعت ثابت، سرعت متغیر با گستره محدود، و سرعت متغییر با محدود تغییرات وسیع می باشند. یکی از مزایای ساختار نوع سوم امکان استفاده از ماشین های خاص با تعداد قطب زیاد است که امکان کار در سرعت کم با گشتاور زیاد را فراهم می-آورند. با استفاده از این نوع ماشین ها، امکان حذف جعبه دنده و اتصال مستقیم محور روتور توربین به محور روتور ژنراتور فراهم می گردد. استفاده از فناوری محرکه مستقیم علاوه بر حذف هزینه تعمیر و نگهداری جعبه دنده و افزایش بازده کل سیستم، زمان تعمیر درصورت بروز خرابی در سیستم را نیز کاهش می دهد. چالش اصلی در بهره برداری از توربین-ژنراتورهای محرکه مستقیم، استفاده از ساختارهای مقاوم و مطمئن برای بخش های الکتریکی توربین-ژنراتورهای بادی، شامل ژنراتور و مبدل الکترونیک قدرت توان بالا می باشند. این پایان نامه به بررسی و ارائه ساختاری مناسب برای توربین ژنراتورهای بادی محرکه مستقیم می پردازد. ساختار پیشنهادی این پژوهش شامل دو بخش می باشد. بخش اول ژنراتور شار محور و بخش دوم اینورتر چندسطحی بخش پذیر را به عنوان گزینه های مناسبی برای سیستم های بادی محرکه مستقیم معرفی می کند. ماشین های شار محور به دلیل عدم استفاده از جاروبک هزینه تعمیرات کمتری دارند. همچنین در ماشین شار محور به راحتی امکان افزایش تعداد قطبها وجود دارد، به گونه ای که نسبت چگالی گشتاور یا توان ماشین به حجم و وزن ماشین به نحو چشمگیری بیشتر از سایر انواع ماشین های القایی و سنکرون مرسوم برای توربین - زنراتورهای بادی است. مبدل های چند سطحی بخش پذیر نیز با امکان سری کردن مبدل های پایه امکان ایجاد ولتاژ بالا و تزریق جریان/توان در ولتاژ بالا با جریان کمتر را فراهم می سازند. این مبدل ها بازده انتقال توان را به دلیل استفاده از ولتاژ بالاتر، افزایش می دهند. راست آزمایی مدل پیشنهادی از طریق شبیه سازی یک سیستم مطالعاتی با یک ژنراتور شار محور 9 فاز و یک اینورتر چند سطحی بخش پذیر با چهار سلول برشگر در هر فاز انجام می گیرد. برای شبیه سازی ژنراتور 9 فاز از سه ژنراتور سه فاز که خروجی آن ها به هم متصل شده، استفاده می شود. برای اینورتر نیز باید تعادل ولتاژ خازن های دو سر برشگرها برقرار باشد که برای این منظور از دو مدار کنترل میانگین و کنترل تعادل استفاده می شود. نتایج به دست آمده از شبیه سازی نشان می دهد که ریپل ولتاژ سیستم 9 فاز نسبت به سیستم سه فاز کمتر است که در نتیجه سیستم به خازن با ظرفیت کمتری در خروجی یکسوساز نیاز دارد. هم چنین کارایی اینورتر پیشنهادی با توانایی کنترل کننده ها در تعقیب سرعت مرجع و توان راکتیو مرجع مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس بررسی های انجام گرفته سیستم پیشنهادی علاوه بر کاهش تلفات و هزینه ی تعمیرات، قابلیت انتقال توان به شبکه در ولتاژ بالا را داراست و نسبت به تغییرات سرعت باد و تغییرات توان مرجع مقاوم می باشد.

مدیریت انرژی از طریق به روز رسانی و تجهیز خطوط انتقال و توزیع سنتی نیازمند یک شبکه پایش گسترده شامل تعداد زیادی از سلول-های حسگر می باشد که وظیفه آنها دریافت، جمع آوری و ارسال داد ه های شبکه ی برق می باشد. شبکه های مجهز به سیستم پایش و مدیریت انرژی که اصطلاحاً شبکه های هوشمند الکتریکی نامیده می شوند، موجب بهبود در استفاده از ظرفیت های شبکه موجود شده و از این طریق علاوه بر کاهش یا به تأخیر انداختن هزینه ی توسعه، قابلیت اطمینان شبکه نیز افزایش می یابد. مهمترین مشخصه های مورد نیاز حسگرهای شبکه ی هوشمند خود تغذیه بودن و نصب آسان آنها می باشد. سلول های حسگر بی سیم عموماً دستگاه هایی با مصرف توان پایین هستند که نیازمند منبع توانی در محدوده ی چند صد میکرووات تا چند میلی وات می باشند. آسانترین و معمولترین روش تأمین توان برای سلول های حسگر بی سیم استفاده از باتری است. دو عیب عمده ی باتریها، طول عمر محدود و هزینه ی بالای محافظت آنها می باشد. اخیراً استفاده از ترکیب باتری، ابر خازن و یک میکروژنراتور به عنوان روش بهتری جهت تغذیه ی حسگرها پیشنهاد شده است. میکروژنراتورها یا دریافت کننده ها ی انرژی از محیط دستگاه های تبدیل انرژی هستند که انرژی موجود در محیط را به الکتریسیته تبدیل می کنند. تبدیل لرزش به الکتریسیته یکی از مطرحترین روش های دریافت انرژی از محیط است و تا کنون سه نوع میکروژنراتور: پیزوالکتریک، الکتروستاتیک و الکترومغناطیسی برای تبدیل لرزش مکانیکی به انرژی الکتریکی ارائه شده است. در این پایان نامه پس از معرفی انواع میکروژنراتورهای لرزشی و مقایسه ی مزایا و محدودیت های آنها، میکروژنراتور الکترومغناطیسی جهت طراحی و ساخت انتخاب گردیده است. سپس مبانی طراحی میکروژنراتورهای لرزشی مطرح می گردد که شامل مدل دینامیکی لرزش-های مکانیکی، مدار معادل الکتریکی و اصول طراحی میکروژنراتورهای الکترومغناطیسی می باشد. در ادامه روشی پیشنهادی برای طراحی دو نوع میکروژنراتور لرزشی الکترومغناطیسی ارائه می گردد به گونه ای که این میکروژنراتورها برای کاربردهای فرکانس پایین مناسب باشند. در هر دو طرح استفاده از نیروی وارد بر یک آهنربای کوچک از طرف میدان الکترومغناطیسی موجود در اطراف خطوط انتقال به عنوان یک منبع انرژی پایدار برای ایجاد لرزش استفاده می شود. همچنین از مواد فرومغناطیس جهت هدایت خطوط شار و در نتیجه افزایش گرادیان شار و ولتاژ القایی استفاده می شود. در طرح پیشنهادی اول در واقع دستگاه، به صورت ترکیبی از یک ترانسفورمر ساکن و یک میکروژنراتور الکترومغناطیسی لرزشی می باشد. در طرح پیشنهادی دوم نحوه ی چیدمان آهنرباها، به صورت شار محور در نظر گرفته شده است، این امر سبب افزایش بیشترِ گرادیان شار و در نتیجه سبب ایجاد سطح بالاتری از ولتاژ القایی نسبت به طرح پیشنهادی اول می گردد. با توجه با این سطح ولتاژِ بالاتر، طرح پیشنهادی دوم برای کاربردهای فرکانس پایین بسیار مناسبتر می باشد. در ادامه ی پایان نامه، گزارش نحوه ی ساخت و روش تست هردو میکروژنراتور ارائه می گردد. نتایج حاصل از تست دو میکروژنراتور نشان می دهد که پیش بینی های انجام شده بر اساس روش تحلیلی و عددی صحیح بوده و سطح ولتاژ القایی در میکروژنراتور شار محور بیشتر می باشد. علاوه براین در مورد میکروژنراتور شار محور، توان خروجی نیز به ازای بارهای مقاومتی مختلف اندازه گیری می شود و شرط انتقال توان بیشینه به بار مقاومتی به صورت تحلیلی مورد بررسی و درستی آن با استفاده از سامانه تست عملی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت.

پیشرفت های دو دهه اخیر در فناوری ساخت سلول های فتوولتائیک، نیروگاه های فتوولتائیک چند ده مگاواتی را به عنوان یکی از منابع تولید پراکنده در بسیاری از کشورهای صنعتی و در حال توسعه مطرح نموده است. یکی از چالش های اصلی در نیروگاه های فتولتائیک توان بالا، مسأله طراحی سیستمی آن ها می باشد. تاکنون مطالعات فراوانی در رابطه با ساختارهای نیروگاه های فتوولتائیک صورت گرفته است. از دیدگاه مبدل های الکترونیک قدرت می توان ساختارهای موجود در نیروگاه های خورشیدی را در چهار گروه متمرکز، رشته ای، چندرشته ای و مدولار طبقه بندی نمود که این ساختارها از لحاظ هزینه و بازده با یکدیگر متفاوت می باشندکه مقایسه بین ساختارها با استفاده از معیار "هزینه انرژی تراز شده" صورت می گیرد. این معیار به صورت نسبت کل هزینه در طول عمر مفید یک نیروگاه بر کل انرژی تولیدی از نیروگاه در طول عمر مفید آن تعریف می گردد.از سوی دیگرنحوه برقراری اتصالات میان اینورترها و پانل های فتوولتائیک، تأثیر چشم گیری بر قابلیت اطمینان کلی سیستم دارد و قابلیت اطمینان ساختارهای مختلف با یکدیگر متفاوت می باشند، این در حالی است که اثر قابلیت اطمینان سیستم در شاخص هزینه انرژی تراز شده لحاظ نگردیده است. در این پایان نامه، ابتدا نحوه محاسبه قابلیت اطمینان ساختارهای مرسوم فتوولتائیک با استفاده از روش مارکوف بیان می شود. سپس به-منظور مقایسه فنی- اقتصادی میان این ساختارها، معیار هزینه انرژی تراز شده به گونه ای بازتعریف می شود که علاوه بر در نظر گرفتن عواملی همچون هزینه سرمایه گذاری و بازده، در برگیرنده پارامتر قابلیت اطمینان ساختار نیز باشد. این معیار، هزینه انرژی تراز شده موثرنامیده می شود. در ادامه، بر مبنای ایده پیشنهاد شده در این شاخص، روشی برای طراحی بهینه یک نیروگاه فتوولتائیک از لحاظ هزینه سرمایه گذاری و بازدهی اقتصادی پیشنهاد می گردد. در این روش، مسأله طراحی سیستمی یک نیروگاه فتوولتائیک به صورت یک مسأله ریاضی فرمول بندی می شود که با حل این مسئله، متناسب با سطح توان نیروگاه، بهترین سایز اینورتر و همچنین مناسب ترین نحوه چیدمان پانل های فتوولتائیک مشخص می شود. چالش دیگری که با افزایش ضریب نفوذ نیروگاه های خورشیدی متصل به شبکه مطرح می گردد تاثیر دینامیکی متقابل این نیروگاه ها با شبکه قدرت می باشند، که دینامیک آن ها به طور غالب، متأثر از دینامیک فیلترهای مبدل های الکترونیک قدرت و مدارهای کنترل آن می باشد. در ساختارهای غیر متمرکز، تعداد مبدل ها و کنترل کننده های آنها به طور چشمگیری افزایش می یابد که در اثر افزایش درجه سیستم قدرت، این مبدل-های الکترونیکی می توانند بالقوه بر دینامیک کل سیستم قدرت تاثیر گذار باشند. با توجه به ماهیت انرژی خورشیدی، نقطه کار نیروگاه های فتوولتائیک در طول روز در محدوده وسیعی تغییر می کند. تغییرات وسیع نقطه کار نیروگاه خورشیدی به ویژه در توان های بالا می-تواند بر رفتار دینامیکی سیستم قدرت متصل به نیروگاه تاثیر گذار باشد. دربخش دوم این پایان نامه یک سیستم نمونه، متشکل از منابع سوخت فسیلی و نیروگاه های فتوولتائیک مورد مطالعه قرار می گیرد که در این مطالعه، ابتدا مدل خطی سیستم را بدست آورده، سپس با استفاده از آنالیز سیگنال کوچک، اثر تغییر نقاط عملکرد نیروگاه های فتوولتائیک بر پایداری دینامیکی شبکه قدرت بررسی می-شود. در ادامه به منظور اطمینان از صحت مدل تحلیلی ارائه شده، سیستم را به صورت غیرخطی شبیه سازی نموده وبا اعمال یک اختلال کوچک به سیستم، پایداری دینامیکی آن ارزیابی گردید.

موتور سوئیچ رلاکتانس از جمله ماشین های سنکرون است که با توجه به پیشرفت های ایجاد شده در تولید ادوات الکترونیک قدرت، در سال های اخیر بیشتر از قبل مورد توجه قرار گرفته است. از جمله ویژگی های این موتور، سادگی ساخت و تولید آن می باشد. علاوه بر این، در این موتور سیم پیچی تنها بر روی استاتور و به صورت متمرکز قرار دارد و روتور بدون سیم پیچی و آهنربا است. به همین دلیل، روتور این موتور ساده ترین ساختار را در بین ماشین ها دارد. به دلیل سادگی ساختار، هزینه تولید این موتور پایین و قابلیت اطمینان آن بالا است. همچنین با افزایش تعداد قطب ها و کنترل مناسب، این موتور توانایی رسیدن به سرعت بالا و یا دستیابی به گشتاور زیاد را دارد. در نتیجه این موتور می تواند یک گزینه مناسب برای کاربردهایی نظیر سانتریفیوژها و محرک خودروهای برقی باشد. با توجه به اینکه روتور و استاتور موتور سوئیچ رلاکتانس قطب برجسته اند، مشخصه مغناطیسی این موتور به شدت غیر خطی می باشد. در نتیجه یکی از مشکلات این موتور، پیچیدگی کنترل آن است. کنترل کننده رایج برای حلقه کنترل جریان موتور سوئیچ رلاکتانس،کنترل کننده هیسترزیس است. با توجه به مشکلات این کنترل کننده نظیر فرکانس سوئیچینگ متغیر و ریپل جریان بالا، از کنترل کننده تناسبی انتگرالی نیز استفاده می شود. معمولا کنترل کننده تناسبی انتگرالی برای یک نقطه خاص طراحی می شود، در نتیجه این کنترل کننده برای نقاط کاری دیگر عملکرد مناسبی ندارد. به همین دلیل برای بهبود کنترل جریان موتور سوئیچ رلاکتانس از کنترل کننده تناسبی انتگرالی با تطبیق ضرایب استفاده می شود. در این پایان نامه کنترل جریان موتور سوئیچ رلاکتانس با استفاده از کنترل کننده تناسبی انتگرالی، بر مبنای معادلات موتور، مشخصات ماشین و اصول عملکرد آن انجام شده است. پس از معرفی کلی موتور سوئیچ رلاکتانس، روش های مختلف برای تطبیق ضرایب کنترل کننده تناسبی انتگرالی متناسب با اندوکتانس افزایشی بیان شده اند. عملکرد هر یک از این روش ها مورد بررسی قرار گرفته است و مزایا و معایب هر کدام بیان شده اند. بر اساس روش های بیان شده، یک روش پیشنهادی برای تطبیق ضرایب کنترل کننده تناسبی انتگرالی ارائه شده است. در روش پیشنهادی سعی شده است به جای جدول جستجو و روابط تحلیلی پیچیده از معادلات ساده استفاده شود، به گونه ای که کنترل کننده عملکرد مناسبی نیز داشته باشد. علاوه بر این، تاثیر ولتاژ لینک متغیر بر کنترل جریان در سرعت های بالا مورد بررسی قرار گرفته است. برای بررسی عملکرد روش پیشنهادی و مقایسه آن با روش های موجود، نتایج شبیه سازی با استفاده از نرم افزار سیمولینک و نتایج عملی با استفاده از پردازنده tms320f28335 و نرم افزار psim به دست آمده اند. نتایج به دست آمده نشان می دهند روش پیشنهادی که بر پایه معادلات ساده و بدون استفاده از جدول پیش بینی می باشد، دارای عملکرد مناسب و مشابه عملکرد کنترل کننده با تطبیق ضرایب متناسب با مقدار دقیق اندوکتانس افزایشی است.

در این پایان نامه به بررسی رفتار دینامیکی و حالت دائمی اینورترهای تکفاز متصل به شبکه در حضور کنترل کننده های مختلف پرداخته شده است. انرژی های تجدیدپذیر به عنوان راه حلی در مسیر جستجوی منابع انرژی پایدار مطرح و با توجه به افزایش قیمت سوخت های فسیلی، نگرانی های زیست محیطی و افزایش تقاضا برای مصرف انرژی، استفاده از آن ها بسیار فراگیر شده است. خروجی خام و dc این منابع و مصرف غالب انرژی الکتریکی به فرم ac، اینورترها را به جزء لاینفک سیستم های انرژی تجدیدپذیر متصل به شبکه تبدیل کرده است. از سوی دیگر با توجه به سطح توان و نیز نوع شبکه در دسترس در مصارف خانگی انرژی های تجدیدپذیر، استفاده از اینورترهای تکفاز متصل به شبکه بسیار رونق گرفته است. از آن جا که اینورتر در این ساختار در تقابل با شبکه قدرت قرار دارد، استفاده از استراتژی مناسب برای همگام سازی جریان تولیدی با ولتاژ شبکه الزامی می باشد. در این پایان نامه استفاده از pll تکفاز مبتنی بر تبدیل پارک پیشنهاد و روش های تحقق بلوک تولید کمیت متعامد به عنوان جزء اساسی در این ساختار معرفی شده اند. همچنین ارزیابی های متعددی برای انتخاب روشی کارا به منظور تولید کمیت متعامد انجام گرفته است. روش های متفاوتی برای کنترل اینورترهای تکفاز متصل به شبکه به کار می رود که عمدتا جزو دسته روش های کنترل جریان قرار می گیرند. از میان این روش ها، استفاده از کنترل کننده های تناسبی انتگرالی (pi) پیاده سازی شده در مختصات سنکرون و کنترل کننده تناسبی رزونانسی (pr) پیاده سازی شده در مختصات ثابت به دلیل کاربرد بیشتر و کارایی مطلوب در حوزه مطالعه این پایان نامه قرار گرفته است. تفاوت چشمگیری میان استفاده از کنترل کننده های pr برای سیستم های تکفاز و سه فاز وجود نداشته و در مقابل، پیاده سازی کنترل کننده در مختصات سنکرون برای این سیستم ها متفاوت می باشد. وجود دو کمیت متعامد کوپل شده در یک سیستم سه فاز، امکان استفاده از تبدیل پارک برای انتقال کمیت ها از مختصات ثابت به سنکرون را فراهم می آورد. این در حالی است که این کمیت متعامد در یک سیستم تکفاز موجود نبوده و باید به طریق مناسب تولید گردد. این مسائل در کنار افزایش تعداد اینورترهای متصل شده به شبکه های توزیع لزوم بررسی دقیق تر رفتار دینامیکی و حالت گذرای این سیستم ها را طلب می نماید. برای بررسی رفتار اینورترهای تکفاز متصل به شبکه در این پایان نامه ابتدا مدل مناسبی از سیستم استخراج شده است. این مدل فارغ از پیچیدگی های غیر لازم در روند بررسی مسائل سیستماتیک اینورتر بوده و در عین حال رفتار سیستم را با دقت قابل قبولی شبیه سازی می کند. به این ترتیب امکان ارزیابی عملکرد حالت دائمی و حالت گذرای روش های کنترل مذکور فراهم و این ارزیابی با دقت کافی انجام شده است. از سوی دیگر برای بررسی رفتار این سیستم در عمل، یک نمونه آزمایشگاهی با استفاده از پردازندهdsp از نوع tms320f28335 پیاده سازی گردید. نتایج حاصل از تحلیل مدل با نتایج عملی بدست آمده مقایسه و تطابق مطلوب میان آن ها نشان داده شده است. کلمات کلیدی: اینورتر تکفاز، اینورتر متصل به شبکه، کنترل جریان، قاب مرجع سنکرون، تولید کمیت متعامد، کنترل کننده تناسبی-رزونانسی

مدیریت ریسک در بازار برق شامل دو جنبه ی کنترل ریسک و ارزیابی ریسک است. برای کنترل ریسک باید از راه کارهای پوشش ریسک و بهینه سازی سبد سرمایه گذاری استفاده کرد. در بازار برق رقابتی، یک کمپانی تولید انرژی می تواند ریسک های تجاری خود را از طریق فروش انرژی تولیدی خود در بازارهای مختلف، از جمله بازار لحظه ای و انواع قراردادهای دوجانبه، کنترل کند. مسأله این است که چگونه و چقدر از توان تولیدی را در هر بازار مشارکت دهد تا در نهایت سود کلی ماکزیمم و ریسک متناظر با آن مینیمم گردد. در این پایان نامه، با توجه به رشد روز افزون نیروگاه های بادی، تجارت انرژی بادی در بازار برق بصورت رقابتی و فاقد حمایت های دولتی در نظر گرفته می شود و همچنین فرض می شود نفوذ نیروگاههای بادی در تولید شبکه های قدرت به قدری زیاد باشد که بتوانند با توجه به ماهیت تولیدشان، در بازار رقابتی تولید وارد شوند و حتی جریمه عدم تعادل به آنها تعلق گیرد. بنابراین تجارت انرژی بادی دارای ریسک های زیادی از جمله عدم قطعیت در تولید بادی، تغییرات قیمت انرژی و تغییرات نرخ جریمه ی عدم تعادل خواهد بود. در این پایان نامه، با استفاده از تئوری مدرن سبد سرمایه گذاری با در نظر گرفتن ریسک های قیمت، تغییرات نرخ جریمه و عدم قطعیت در تولید بادی، سعی بر یافتن مقدار بهینه ی فروش توان تولیدی نیروگاه بادی در هر یک از بازارها است که برای این منظور، به علت وجود خطای پیش بینی تولید لازمست بهترین مقدار فروش در کل بازارها با توجه به ریسک گریزی تصمیم گیرنده بدست آورده شود. با این روش، ریسک مربوط به مشارکت نیروگاه بادی در بازار برق پوشش داده شده و همزمان سود بهینه می گردد. این بهینه سازی توسط مصالحه ی بین سود انتظاری و ریسک با لحاظ شاخص ریسک گریزی تصمیم گیرنده، حاصل می شود. فرآیند تخصیص انرژی نیروگاه بادی بین بازارهای مختلف، منجر به شکل گیری دو تابع هدف می شود که برای بهینه سازی آنها از نرم افزار gams استفاده می شود. به منظور ارزیابی ریسک روش پیشنهادی از شاخص ارزش در معرض ریسک، استفاده می شود. برای تست، آنالیز حساسیت و یافتن ارزش در معرض ریسک روش پیشنهادی از داده های پیشین بازار برق اسپانیا استفاده شده است.

با توجه به افزایش روز افزون آلودگی هوای ناشی از مصرف سوخت های فسیلی، بشر همواره به دنبال کاهش مصرف این نوع سوخت ها بوده است. خودروها یکی از منابع اصلی مصرف سوخت های فسیلی و تولید آلودگی در شهر های بزرگ به شمار می آیند. بنابراین محققان همواره به دنبال افزایش بازده خودروها بوده اند تا بتوانند علاوه بر کاهش میزان سوخت مصرفی، آلودگی ناشی از این سوخت ها را نیز کاهش دهند. یکی از راه های افزایش بازده خودروها، حذف بعضی از قسمت های مکانیکی و همچنین ترکیب بعضی از قسمت های الکتریکی می باشد. به عنوان مثال با حذف چرخ طیار و ترکیب استارتر و دینام و قرار دادن یک ماشین الکتریکی به جای این دو بخش، علاوه بر کاهش پیچیدگی ساختار و کاهش وزن خودرو می توان بازده را تا میزان قابل توجهی افزایش داد. ماشین الکتریکی که به جای این دو بخش قرار می گیرد را استارتر- آلترناتور می نامند. در این پایان نامه ماشین سنکرون مغناطیس دائم داخلی به دلیل بازده بالا ، چگالی توان وگشتاور بالا برای این کاربرد مورد استفاده قرار می گیرد. ماشین سنکرون مغناطیس دائم داخلی با توجه به محدودیت ها واستانداردهای موجود برای این کاربرد طراحی می شود. ماشین طراحی شده با استفاده از روش المان محدود و آنالیز حساسیت به منظور دست یابی به استاندارد های ارائه شده، بهبود داده می شود. به دلیل زمان بر بودن بهینه سازی با استفاده از روش المان محدود و آنالیز حساسیت از روش مدل گسترده به منظور مدل کردن ماشین و بهینه سازی آن استفاده شده است. برای بررسی صحت مدل گسترده در محاسبه پارامترهای ماشین ، نتایج حاصل از ماشین بهبود داده شده با استفاده از المان محدود و آنالیز حساسیت، با نتایج مدل گسترده مقایسه شده است. در انتها با استفاده از روش مدل گسترده و الگوریتم ژنتیک اقدام به بهینه سازی بعضی از ابعاد ماشین سنکرون مغناطیس دائم داخلی، به منظور افزایش چگالی توان در حالت ژنراتوری ، افزایش متوسط گشتاور راه اندازی و کاهش ریپل گشتاور راه اندازی شده است. به منظور دست یابی به چگالی گشتاور بالا، بازده بالا، و ریپل گشتاور پایین در ماشین های مغناطیس دائم داخلی باید مولفه اول چگالی شار در فاصله هوایی، بیشینه و thd، کمینه شود. در این پایان نامه به منظور دست یابی به اهداف مورد نظر برای ماشین مغناطیس دائم داخلی از یک روش ترکیبی متشکل از مدل گسترده، معادلات پواسن و نگاشت استفاده شده است. با استفاده از روش ارائه شده می توان میدان شعاعی و مماسی را با دقت بالا محاسبه کرد و در بهینه سازی با تکرار زیاد با توجه به زمان محاسبه بسیار پایین، مورد استفاده قرار داد. برای بررسی صحت روش ارائه شده نتایج تحلیلی با نتایج المان محدود مقایسه شده است.

امروزه استفاده از منابع انرژی پراکنده کاربرد وسیعی یافته است. اگرچه این منابع بسیاری از مشکلات شبکه را حل می کنند، اما زیاد شدن تعداد آن ها مسائل فراوانی برای سیستم قدرت به همراه دارد. استفاده از مایکروگرید راه حلی است که علاوه بر بهره گیری از مزایای منابع انرژی پراکنده برخی از مشکلات ایجاد شده توسط آن ها را نیز منتفی می کند. هم چنین مایکروگریدها کیفیت برق و قابلیت اطمینان تأمین انرژی مشترکان را افزایش می دهند. در این پایان نامه مفهوم مایکروگرید بررسی و اصول اساسی آن توضیح داده می شود. برخی از مایکروگریدهای پیاده سازی شده در سرتاسر دنیا و مشخصات آن ها معرفی می گردد. یکی از حالت های کاری مایکروگرید که نقش اساسی در افزایش قابلیت اطمینان مشترکان دارد حالت کاری جزیره ای است. با توجه به اینکه بسیاری از منابع انرژی پراکنده ی مورد استفاده در مایکروگریدها، مبتنی بر مبدل استاتیکی هستند ویژگی های مایکروگرید جزیره ای با منابع مبتنی بر مبدل بررسی می گردد. اصول عملکرد مایکروگریدها در حالت جزیره ای بررسی و کنترل محلی و پراکنده به منظور کنترل ولتاژ و فرکانس مایکروگرید و تقسیم بار بین منابع آن در نظر گرفته شده و جزئیات پیاده سازی روش افتی مرسوم و معکوس شرح داده می شود. سپس روش قاب مجازی فرکانس- ولتاژ معرفی و ساختار آن تشریح می گردد. از این روش برای کنترل توان تولیدی توسط منابع مایکروگرید استفاده می شود و ویژگی اصلی آن مجزا کردن توان های اکتیو و راکتیو از یکدیگر می باشد. در ادامه رخدادهای سیگنال بزرگ پیش روی مایکروگرید در حضور دو روش افتی مرسوم و قاب مجازی فرکانس- ولتاژ با انجام شبیه سازی های حوزه ی زمان بررسی شده و مشخص می گردد که روش قاب مجازی در بهبود پایداری سیستم، کاهش دامنه و زمان نوسان گذراهای حاصل از استرس های وارد شده به مایکروگرید عملکرد بهتری نسبت به روش افتی مرسوم دارد. ضعف کنترل قاب مجازی بیان شده و با استفاده از مفهوم تبدیل قاب مجازی روشی برای اصلاح آن ارائه می گردد. در نهایت یک مایکروگرید گسترده تر به عنوان شبکه ی تست معرفی شده و از روش قاب مجازی برای کنترل منابع این شبکه استفاده می گردد. مشخص می شود که روش کنترل قاب مجازی مستقل از گستردگی و پیچیدگی ساختار مایکروگرید، در مقایسه با روش افتی مرسوم پایداری شبکه را بهبود می دهد.

گسترش شهرها و افزایش تعداد و ارتفاع ساختمان های بلند نیاز به آسانسورهای مدرن با سرعت بالا و حرکت نرم را امری اجتناب ناپذیر ساخته است. از ویژگی های موتور مورد استفاده در سیستم محرکه آسانسور می توان به گشتاور بالا ، سرعت پایین و ریپل گشتاور کم اشاره کرد. بنابراین موتور مغناطیس دائم می تواند بدون نیاز به جعبه دنده جایگزین موتور القایی شده و موجب کاهش حجم و وزن سیستم محرکه و افزایش راندمان سیستم شود. موتور مغناطیس دائم شار محوری علاوه بر مزیت های موتورهای مغناطیس دائم شار شعاعی به دلیل طول محوری کم و قطر بزرگ علاوه بر تولید گشتاور بالا می تواند به طور مستقیم در چاه آسانسور نصب شده و موجب حذف موتورخانه یا کوچک شدن آن درتوان های بالا شود. در این پایان نامه یک موتور مغناطیس دائم شارمحوری دو طرفه روتور داخلی با یک روش جدید مورد تحلیل قرار گرفته و طراحی آن برای استفاده در سیستم محرکه آسانسور بهبود یافته است. تحلیل دقیق ماشین های شار محوری به کمک روش اجزاء محدود سه بعدی انجام می شود ولی این روش بسیار زمان بر بوده و مناسب برای مراحل طراحی نیست. به کمک روش شبه سه بعدی و نگاشت شوارتس-کریستوفل روشی سریع و نسبتا دقیق برای تحلیل ماشین شارمحوری با استاتور شیاردار ارائه شده است. سپس با استفاده از پرمیانس نسبی فاصله هوایی مختلط و روش بازسازی میدان سرعت این روش بهبود یافته است. مولفه های مماسی و عمودی چگالی شار فاصله هوایی بدست آمده و سپس ولتاژ بی باری ، گشتاور دندانه ای و گشتاور الکترومغناطیسی با دقت خوبی محاسبه شده است. به دلیل قطر بزرگ ماشین شارمحوری سیم پیچی همپوشان متداول منجر به افزایش طول سیم پیچی و تلفات مسی می شود. این تلفات مهمترین بخش از تلفات ماشین در سرعت های پایین محسوب می شود بنابراین سیم پیچی غیرهمپوشان با ترکیب مناسب تعداد قطب و شیار برای ماشین شار محوری پیشنهاد شده که علاوه بر کاهش چشم گیر طول سیم پیچی موجب کاهش گشتاور دندانه ای ماشین نیز خواهد شد. در ادامه توپولوژی آهنربای دائمی برای کاهش گشتاور دندانه ای و تلفات هسته اصلاح شده است. در پایان مشخصات و ابعاد موتور مناسب برای یک آسانسور 21 نفره و سرعت خطی 4 متر بر ثانیه محاسبه می شود. نتایج بدست آمده در این پایان نامه با نتایج روش اجزاء محدود سه بعدی که به کمک نرم افزار magnet محاسبه می شود ،مقایسه شده است.

چکیده ندارد.

امروزه با توجه به ویژگی های منحصر به فرد موتور سوئیچ رلوکتانس همچون ساختاری ساده وسبک،روتور فاقد سیمپیچی و مغناطیس دائم، قیمت ارزان، قابلیت اطمینان بالا، چگالی توان بالاو نسبت گشتاور به حجم مناسب خود، توجه محققان را به خود جلب نموده است. در سالهای اخیر هدف بیشتر محققان در تحقیقات انجام شده بر روی مبدل موتورsr به منظور افزایش ولتاژ منفی اعمالی به دو سر فاز موتور در زمان های مغناطیس زدایی بوده که این کار توسط تغییرات در ساختار مبدل آن امکان پذیر می باشد. افزایش ولتاژ مغناطیس زدایی باعث کاهش ریپل گشتاور، افزایش گشتاور خروجی و به طبع آن افزایش توان خروجی در موتور می گردد. بعلاوه کاهش زمان کموتاسیون بین دو فاز موجب افزایش راندمان در سرعت های بالا خواهد شد. در همین راستا تحقیقات زیادی انجام شده که هر کدام دارای مزایا و معایب خاص خود می باشند. یک دسته از مبدل های معرفی شده دارای ساختاری ساده و در عین حال نیازی به کنترل بر روی ولتاژ خازن خود ندارند، اما عیب آنها محدویت در اعمال ولتاژ مغناطیس زدایی در زوایای همپوشانی مختلف می باشد. دسته دوم مبدل هایی هستند که با داشتن کنترل بر روی ولتاژ خازن توانسته اند مبدلی با قابلیت اعمال ولتاژ مغناطیس زدایی متغییر و بدون محدویت در زوایای همپوشانی مختلف را معرفی کنند که این مبدل ها نیز بدلیل ساختار متفاوت نسبت به مبدل های دیگر دارای حجم زیاد و راندمان کمی می باشند.همچنین این مبدل ها صرفاً جزء مبدل های یک جهته در اعمال جریان به شمار می آیند. در دسته ای دیگر از مبدل ها با اعمال سیکل جریان های مثبت و منفی طی یک دوره سیکل جریان موتور، توانسته راندمان را افزایش دهد. در این پایان نامه با توجه به معایب مبدل های معرفی شده، درصدد برآمده تا مبدلی با ساختار کاملاً متفاوت نسبت به مبدل های قبلی و با هدف کاهش معایب آنها معرفی گردد. در این راستا به معرفی مبدلی پرداخته شده که نه تنها معایب مبدل های قبلی همچون محدودیت در زوایای همپوشانی مختلف را نداشته، بلکه دارای ساختاری کاملاً ساده و بدون داشتن ادوات الکترونیکی اضافی که منجر به کاهش بیش از حد راندمان در موتور و افزایش هزینه و حجم درایو می شود خواهد بود. همچنین ساختار این مبدل به گونه ای است که می توان در بعضی از موارد سیکل جریان منفی به سر برخی از فازهای موتور اعمال نموده و از آن بعنوان یک مبدل دو جهته استفاده کرد که این کار با توجه به مطالبی که قبلاً شرح داده شد نه تنها باعث اختلال در عملکرد موتور نمی شود بلکه منجر به افزایش راندمان نیز می گردد. بعلاوه ساختار این مبدل به گونه ای است که به سادگی و بدون تغییرات در ساختار آن و فقط با تغییر در روش کلید زنی می توان از این مبدل بعنوان یک مبدل نامتقارن معمولی نیز استفاده کرد. همچنین با توجه به ساختار این مبدل می توان از ماژول های قدرت هوشمند نیز به منظور رویکرد صنعتی شدن آن استفاده کرد.در ادامه به بررسی عملکرد مبدل پیشنهادی و بیان معادلات ولتاژ و جریان آن پرداخته و سپس نتایج شبیه سازی و عملی از این مبدل و مقایسه آن با مبدل نامتقارن معمولی صورت گرفته است. نتایج عملی کل سیستم درایو با استفاده از یک پردازنده قدرتمندdsp با مدل tms320f2812 برای انجام محاسبات و تصمیم گیری استفاده و نتایج شبیه سازی نیز با استفاده از محیط سیمولینک نرم افزار مطلب ارائه می گردد.

در حال حاضر باتری ها از مطرح ترین و آینده دارترین فناوری های ذخیره ساز انرژی الکتریکی در کاربردهای تجاری و صنعتی به شمار می آیند. طرح های ذخیره ساز مورد استفاده در سیستم قدرت تا به امروز بیشتر جنبه تحقیقاتی داشته اند که دلیل آن هزینه سرمایه گذاری بالا و محدودیت توان مبدل های الکترونیک قدرت توان بالا به عنوان واسط میان باتری و شبکه می باشد. نمونه های عملی از سیستم های ذخیره ساز برای کاربردهای مختلفی نظیر فرمان پذیرکردن منابع انرژی تجدیدپذیر با تولید ناپیوسته، تأمین توان بدون وقفه و پیک سایی نصب شده اند. هدف اصلی از پیک سایی کاهش بار پیک از طریق تأمین انرژی مورد نیاز شبکه از زمان های کم باری است. بدین ترتیب ظرفیت خطوط انتقال تا حد زیادی آزاد شده، سرمایه گذاری های مورد نیاز جهت ارتقاء شبکه انتقال به تعویق افتاده و با خارج شدن نیروگاه های زمان پیک بر مبنای سوخت های فسیلی از میزان تولید آلاینده ها تا حد مطلوبی کاسته می شود. اما در حال حاضر چالش های اصلی در بکارگیری وسیع سیستم های ذخیره ساز انرژی در سطح شبکه، هزینه سرمایه گذاری بالای آن ها و محدودیت در ساختارهای مبدل های مناسب جهت تبادل توان بالا با شبکه (در محدوده چند ده مگاوات) و در سطح ولتاژ بالا (در محدوده چند ده کیلوولت) می باشند. این پایان نامه در دو بخش کلی به بررسی ذخیره سازها و ارائه یک ساختار مناسب برای مبدل های الکترونیکی جهت استفاده از باتری ها به عنوان گزینه مناسب برای کاربرد پیک سایی می پردازد. بخش اول انواع سیستم های ذخیره ساز انرژی و کاربردهای مختلف آن ها را در شبکه های توزیع و انتقال مورد بررسی قرار می دهد. سپس با معرفی کاربرد پیک سایی و ویژگی های ذخیره سازی مورد نیاز آن مانند چگالی انرژی، طول عمر و تعداد چرخه های شارژ و دشارژ، مدت زمان و ظرفیت شارژ و دشارژ، ذخیره سازهای مناسب برای این کاربرد نظیر باتری های سولفید سدیم و سرب اسید بررسی می شوند. در بخش دوم با معرفی انواع مبدل ها، مبدل تک ستاره تمام پل با ویژگی هایی چون امکان کاربرد در سطوح ولتاژ بالا، کاهش فرکانس کلیدزنی و بهبود کیفیت توان در سمت شبکه به عنوان یک گزینه مناسب برای تبادل توان میان باتری ها و شبکه مطرح شده و در قیاس با آن یک ساختار جدید در کنار نحوه کنترل آن ارائه می شود. ویژگی های اصلی ساختار پیشنهادی استفاده از ماژول های نیم پل، امکان کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو و حفظ تعادل شارژ مجموعه باتری ها می باشد. طرح پیشنهادی علاوه بر کاهش تعداد کلیدهای مورد نیاز نسبت به طرح های موجود، به دلیل حفظ تعادل شارژ باتری ها همزمان با تبادل توان با شبکه موجب طولانی تر شدن عمر مفید باتری ها می گردد. راست آزمایی مبدل پیشنهادی از طریق شبیه سازی یک سیستم مطالعاتی سه فاز با چهار سلول در هر فاز و پیاده سازی عملی یک نمونه تک فاز آن انجام می پذیرد. به منظور برقرار نمودن تعادل شارژ باتری ها از دو مدار کنترل تعادل و کنترل مجزای واحدهای باتری استفاده شده است. نتایج بدست آمده از شبیه سازی ها و مدار عملی نشان می دهد که ساختار پیشنهادی و شیوه کنترل آن قابلیت دنبال نمودن فرمان توان اکتیو مرجع را حتی در زمان عدم وجود تعادل شارژ در باتری ها داشته و جریان سینوسی تزریقی به شبکه نیز به دلیل استفاده از ولتاژ چند سطحی نزدیک به سینوسی دارای اعوجاج هارمونیکی کل کمتر از دو درصد می باشد.

در دهه های اخیر، افزایش روزافزون تقاضای انرژی به همراه مشکلات زیست محیطی و نیاز به اطمینان از امنیت انرژی در آینده موجب افزایش تقاضا برای استفاده از منابع تجدیدپذیر شده است. پیشرفت فناوری ماشین های الکتریکی و الکترونیک قدرت و سیاست های تشوبقی دولت ها در استفاده از منابع تجدیدپذیر موجب کاهش قیمت و قابل رقابت شدن تدریجی این منابع با منابع انرژی فسیلی شده است. به نحوی که هم اکنون قیمت تمام شده انرژی باد قابل رقابت با منابع فسیلی است و در آینده نزدیک نیز استفاده از انرژی خورشیدی از لحاظ اقتصادی به صرفه خواهد بود. مدارات الکترونیکی و ژنراتورها از کلیدی ترین اجزای توربین-ژنراتور بادی می باشند که مستقیماً در افزایش بازده و قابلیت اطمینان استفاده از این منبع موثر می باشند. در فناوری فعلی توربین –ژنراتورهای بادی به دلیل استفاده از ژنراتورهای القایی، استفاده از جعبه دنده برای افزایش سرعت توربین اجتناب ناپذیر است. اخیراً ایده توربین ژنراتورهای محرکه مستقیم که در آن با حذف جعبه دنده محور توربین مستقیماً به ژنراتور متصل می شود، به دلیل کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری و بهبود بازده مورد توجه پژوهشگران فرار گرفته است. ساختار محرکه مستقیم الزما بایستی از ماشین هایی با قطب زیاد که در سرعت دورانی کم و گشتاور بسیار بالا کار می کنند استفاده نمود. ژنراتورهای شارمحور سنکرون به دلیل ساختار ساده، چگالی توان بالا و ماژولار بودن از مناسبترین انتخاب ها برای توربین ژنراتورهای محرکه مستقیم می باشند. از آنجا که به دلیل سرعت متغیر باد، استفاده از ژنراتور سنکرون به شبکه الزاما نیاز به مدار واسطه الکترونیک قدرت دارد، انتخاب ساختارهای مناسب و مقاوم برای مبدل های الکترونیک قدرت توان بالا سبب افزایش قابلیت اطمینان، افزایش عمر عملکرد و بازده سالیانه خواهد شد. این پایان نامه، با هدف طراحی و کنترل مبدل های مناسب برای توربین ژنراتورهای محرکه مستقیم، ابتدا به بررسی نوع خاصی از ماشین شارمحور چند فاز مناسب برای کاربردهای محرکه مستقیم پرداخته و در این راستا به ارائه ی روشی برای تحلیل دینامیکی این نوع ماشین ها بر مبنای یک مدل دینامیکی پیشنهادی می پردازد. از آنجا که در مدارهای واسطه الکترونیکی از یکسوسازهای دیودی استفاده می شود، مدل پیشنهادی برای تحلیل ماشین در حالت هارمونیکی نیز ارائه خواهد شد. بر مبنای مدل دینامیکی ارائه شده، امکان تحلیل و شبیه سازی رفتار ماشین های چند فاز در توربین ژنراتورهای محرکه مستقیم فراهم می شود که در ادامه یک ساختار پیشنهادی ساده برای مدار واسطه الکترونیکی پیشنهاد می شود که مهمترین ویژگی آن امکان کاهش ظرفیت خازن الکترولیتی یکسوساز به منظور افزایش قابلیت اطمینان سیستم می باشد. صحت مدل ارائه شده و عملکرد مدار واسطه در حالت استفاده از خازن با ظرفیت کاهش یافته از طریق انجام شبیه سازی برای یک سیستم نمونه و پیاده سازی عملی در یک سامانه تست عملی با توان پایین مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی ها و تست های عملی علاوه بر تایید دقت مدار معادل و مدل دینامیکی پیشنهادی، عملکرد موفق طرح پیشنهادی برای مدار واسطه الکترونیک قدرت با خازن کاهش یافته را نیز تایید می نماید.

آلودگی های زیست محیطی، پایان¬پذیر بودن سوخت های فسیلی و افزایش قیمت آن‎ها موجب شده است که استفاده از منابع تولید پراکنده با واسطه الکترونیکی به ویژه در سیستم¬های انرژی بادی و خورشیدی در سال های اخیر رشد چشم-گیری داشته باشد. در این میان گرایش به انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی پاک و پایان¬ناپذیر با پیشرفت فناوری ساخت سلول¬های فتوولتایی و افزایش بازده آن¬ها به شدت افزایش یافته است به طوری که با کاهش شدید قیمت تولید سلول¬های خورشیدی در پنج سال گذشته، استفاده از نیروگاه¬های توان بالای خورشیدی فتوولتایی از جنبه اقتصادی توجیه¬پذیرتر شده است. در حال حاضر در اکثر کشورهای صنعتی طرح¬های نیروگاهی فتوولتایی در مقیاس بالاتر از صد مگاوات در حال ساخت و یا بهره¬برداری می باشد. در الگوریتم¬های کنترلی مدارهای واسطه¬های الکترونیکی سیستم¬های فتوولتایی، اولویت اصلی تزریق بیشینه توان اکتیو قابل دریافت از خورشید به شبکه می باشد. البته با توجه به امکان کنترل توان راکتیو به دلیل افزایش ظرفیت مبدل¬های الکترونیکی در نیروگاه¬های بزرگ و اهمیت کنترل توان راکتیو در بهبود حاشیه پایداری ولتاژ سیستم قدرت وکاهش تلفات، اخیرا بحث کنترل توان راکتیو توسط مبدل¬های نیروگاه¬های فتوولتایی نیز مورد توجه پژوهش¬گران قرار گرفته است. یک نیروگاه فتوولتایی از مبدل¬های الکترونیکی متعددی تشکیل شده که توان خروجی آن¬ها در طول شبانه¬روز در بازه¬ی گسترده¬ای تغییر می¬کند و در شرایط ابری و یا شب¬هنگام توان اکتیو خروجی مبدل¬ها بسیار کم¬تر از ظرفیت نامی آن¬هاست. با به¬کار¬گیری روش¬های کنترلی مناسب، می¬توان از این ظرفیت استفاده نشده برای تبادل توان راکتیو با شبکه استفاده نمود و یا حتی در شرایط اضطراری می توان میزان تبادل توان اکتیو نیروگاه را به منظور تزریق توان راکتیو کاهش داد. در این پایان نامه یک مدل دینامیکی پیشنهادی برای کنترل سیستم های فتوولتایی ارائه شده است که در آن توان های اکتیو و راکتیو لحظه-ای به طور مستقیم به عنوان متغیرهای دینامیکی سیستم کنترل در نظر گرفته شده اند. استفاده از توان اکتیو و راکتیو لحظه ای به عنوان متغیرهای دینامیکی به دلیل مستقل بودن شکل موج توان از قاب مرجع انتخابی موجب مقاوم تر شدن کنترل کننده ی طراحی شده نسبت به دینامیک های مدل نشده سیستم می شود. همچنین نشان داده شده است که مدل پیشنهادی به دلیل استفاده از متغیر حالت توان به جای جریان موجب کاهش میزان غیرخطی بودن معادلات دینامیکی سیستم می شود. در ادامه دو روش کنترل با استفاده از مدل پیشنهادی که یکی بر مبنای روش بستن متوالی حلقه های کنترلی و دیگری با استفاده از روش خطی سازی با فیدبک است، برای کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو در یک نیروگاه خورشیدی مطرح شده است. دقت مدل و کارایی ساختار کنترلی پیشنهادی از طریق شبیه سازی یک سیستم فتوولتایی 120 کیلووات متصل به شبکه و هم چنین پیاده سازی عملی کنترل کننده ها بر روی یک سامانه تست آزمایشگاهی توان پایین مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی ها و نتایج عملی ضمن تایید صحت مدل پیشنهادی نشان می دهد که ساختار پیشنهادی و راهبرد کنترل آن قابلیت کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو سیستم فتوولتایی با سرعت پاسخ مناسب در محدوده چند ده میلی ثانیه بدون خطای ماندگار و توانایی پس زنی اعوجاج را داراست.

با توجه به اصل پیوستگی شار پیوندی، هنگامی که یک سیستم توربین بادی مبتنی بر dfig در معرض اختلالی مانند تغییر سرعت باد قرار می گیرد، شار استاتور نمی تواند به طور ناگهانی تغییر کند. این حقیقت باعث پیدایش یک مولفه dc در شار استاتور می شود. در این شرایط ولتاژهای ضد محرکه الکتریکی روتور که دینامیک های استاتور را بر روی دینامیک های جریانی روتور منعکس می کند، نقش مهمی در نوسانات جریان روتور خواهد داشت. برای میراکردن این نوسانات و بهبود عملکرد دینامیکی سیستم، تکیه صرف بر تحلیل سیگنال کوچک، ممکن است کافی نباشد. روش جدیدی مبتنی بر ترکیب تحلیل سیگنال کوچک و تکنیک تبدیل سری فوریه گسسته (dft) جهت تعیین مشخصه میرایی جریان روتور حین وقوع اختلالات بزرگ تر پیشنهاد می شود. در این روش طیف فرکانسی یک سیگنال که از تحلیل فوریه به دست می آید، اطلاعات مربوط به میرایی هر مولفه فرکانسی را به دست می دهد. بنابراین در این رساله، برای بهبود رفتار دینامیکی سیستم dfig، با استفاده از بهینه سازی چند هدفه بر اساس الگوریتم ترکیبی بالا تنظیم بهینه پارامترهای کنترل کننده های pi سیستم به دست می آید. مسأله بهینه با استفاده از الگوریتم nsga-ii که ویرایشی از الگوریتم ژنتیک است و برای حل مسائل بهینه سازی با معیارهای چندگانه طراحی شده است، حل می شود. هدف اصلی سیستم کنترل افزایش میرایی سیستم به همراه تضمین وجود حاشیه پایدار مطمئن است. تحلیل مقادیر ویژه و شبیه سازی های زمانی نشان می دهد که روش بهینه سازی پیشنهادی منجر به پاسخ های دینامیکی بهتر سیستم در مقایسه با روش هایی که تنها متکی به تحلیل سیگنال کوچک هستند، می شود. در ادامه، روش تحلیل حساسیت مسیر حالت جهت استخراج پارامترهای کنترلی که دارای تأثیر بیشتری در رفتار دینامیکی سیستم هستند، به کار گرفته شده و مشخص شده است که در بین پارامترهای کنترلی سیستم چهار پارامتر بیشترین تأثیر را روی عملکرد دینامیکی سیستم داراست. بنابراین الگوریتم تنظیم بهینه پارامتر پیشنهادی با انتخاب تنها این چهار پارامتر کنترلی به عنوان مجهولات مسأله بهینه سازی اصلاح می شود. معرفی تئوری انشعابات و کاربرد آن بر روی سیستم dfig از دیگر تحقیقات این رساله است که توسط آن تأثیر تغییر پارامترهای سیستم اعم از پارامترهای کنترلی و غیر کنترلی در رخداد انواع انشعابات در سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین به کمک این تئوری روشی جهت استخراج محدوده پایدار پارامترهای کنترلی سیستم به صورت یک، دو، سه و چهار پارامتری ارائه می شود. این اطلاعات می تواند در زمان جستجوی پارامترهای کنترلی در الگوریتم تنظیم بهینه پارامترها مفید واقع شود. بسته پیشنهادی شامل روش و تعیین محدوده پایدار پارامترهای کنترل کننده ها مبتنی بر تئوری انشعابات، تعیین پارامترهای موثرتر مبتنی بر تحلیل حساسیت مسیر حالت و تعیین مقادیر بهینه پارامترهای کنترلی مبتنی بر بهینه سازی چند هدفه با استفاده از تحلیل سیگنال کوچک و تحلیل dft شکل موج زمانی جریان روتور، برای اولین بار در بهبود عملکرد دینامیکی سیستم dfig استفاده شده است.

این رساله به موضوع بهبود تسهیم توان راکتیو و پایداری دینامیکی در ریزشبکه های جزیره ای می پردازد. افزایش قابلیت اطمینان در تامین انرژی، تلفات کمتر، رقابتی کردن تولید و امکان استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر استفاده از منابع انرژی گسترده را در شبکه های توزیع امروزی گسترش داده است. مجموعه ای از این منابع و بخشی از بارهای نزدیکشان، شبکه کوچکی به نام «ریزشبکه» تشکیل می دهند که ویژگی اصلی آن امکان جدا شدن از سیستم قدرت و عملکرد بصورت جزیره ای و خودگردان می باشد. مطلوب ترین و مطمئن ترین روش کنترل منابع در حالت جزیره ای، روش کنترل محلی است. در این روش، تسهیم توان حقیقی و راکتیو بین منابع معمولا با استفاده از مشخصه های افتی توان حقیقی-فرکانس (p-?) و توان راکتیو-دامنه ولتاژ (q-v) انجام می شود. با توجه به سراسری بودن فرکانس، تسهیم توان حقیقی با این روش بصورت ایده آل حاصل می گردد. در مقابل به علت عدم تقارن شبکه و تفاوت امپدانس خروجی منابع، دامنه ولتاژ منابع مختلف با هم برابر نبوده و عملا تسهیم توان راکتیو بین منابع به درستی انجام نخواهد شد. حل این مشکل مورد توجه بسیاری از محققین قرار دارد ولیکن راه حل های ارائه شده عمدتا محدود به ریزشبکه های با ساختار خاص بوده و یا نیازمند دانستن اطلاعات وسیع از شبکه می باشد. در این رساله سه روش جدید جهت بهبود تسهیم توان راکتیو در ریزشبکه های جزیره ای با منابع مبتنی بر مبدل استاتیکی و دارای کنترل محلی ارائه می گردد. روش های ارائه شده قابل استفاده در ریزشبکه با هر ساختار دلخواه بوده و قید خاصی برای شبکه مفروض نخواهد بود. کنترل کننده توان در ریزشبکه ها ارتباط تنگاتنگی با پایداری سیستم دارد. به همین دلیل در طراحی روش های پیشنهادی تلاش می شود پایداری ریزشبکه حفظ شده و حتی پاسخ دینامیکی ریزشبکه در شرایط کار مختلف بهبود داده شود تا عدم وابستگی روش های پیشنهادی به ساختار و نقطه کار شبکه بهبود بیشتری یابد. به منظور مطالعه و بررسی صحت عملکرد روش های پیشنهادی دو سیستم نمونه معرفی و مورد استفاده قرار می گیرد. برای سیستم اول علاوه بر شبیه سازی حوزه زمان، مدل خطی شده فضای حالت سیستم نیز بدست می آید که امکان بررسی دقیق تر برخی از دستاوردهای رساله را ایجاد می کند. سیستم دوم که درواقع سیستم توزیع استاندارد 15 شینه ieee می باشد امکان بررسی روش های پیشنهادی در یک سیستم بزرگتر و واقعی تر را فراهم می آورد. در اولین روش پیشنهادی یک مبدل سری کوچک به خروجی منابع پراکنده اضافه می شود. نشان داده می شود که این مبدل می تواند میرایی نوسانات توان خروجی منابع را افزایش داده و ضمن ارتقاء کیفیت ولتاژ بار محلی منابع، تسهیم توان راکتیو را بهبود بخشد. در روش دوم نشان داده می شود که می توان در زما ن های مورد نیاز با استفاده از یک مشخصه ترکیبی از توان های حقیقی و راکتیو، مشخصه q-v منابع را با هدف حذف کامل خطای تسهیم اصلاح نمود. در آخرین روش پیشنهاد می شود در زمان تغییر بار راکتیو منابع، با تزریق یک سیگنال هارمونیکی توسط هر منبع و با بکارگیری مشخصه ای برمبنای فرکانس این سیگنال، مشخصه q-v اصلاح گردد. نشان داده می شود با استفاده از این روش خطای تسهیم همزمان با دینامیک تغییر بار جبران شده و در حالت دائمی توان راکتیو همواره دارای تسهیم ایده آل خواهد بود.

با افزایش ضریب نفوذ نیروگاه های بادی بزرگ و کوچک در سیستم های قدرت امروزی، مطالعه ی تأثیر آن ها بر شاخص های قابلیت اطمینان سیستم، از اهمیت ویژه ای برخوردار می گردد. عوامل گوناگونی از قبیل الگوی وزش باد، تکنولوژی ساخت توربین و نحوه ی آرایش توربین ها در یک مزرعه ی بادی، بر میزان تولید و در نتیجه بر شاخص های قابلیت اطمینان، تأثیر مستقیم دارند. سرعت باد در پشت پره های توربین های بادی کاهش یافته و جریان هوا متلاطم می شود که بر تولید توربین های پایین دست اثر می گذارد. این پدیده را اثر سایه می نامند. توربین های یک مزرعه ی بادی، به دلایل مختلف از جمله محدودیت زمین، سهولت در دسترسی و تعمیرات، و کابل کشی ساده تر برای سیستم جمع کننده ی توان، معمولا به صورت منظم در قالب چند ردیف و ستون چیده می شوند. اثر سایه ی توربین های نصب شده در ردیف های بالادست، منجر به کاهش توان تولیدی توربین های پایین دست می شود. در نتیجه باید در محاسبه ی شاخص های قابلیت اطمینان سیستم قدرت، مدّ نظر قرار گیرد. پدیده ی اثر سایه در مطالعات قابلیت اطمینان مزارع بادی در اکثر مراجع در نظر گرفته نشده است. برخی از مراجع نیز این پدیده را با استفاده از روش های شبیه سازی تصادفی که زمان بر بوده و نیازمند اطلاعات طولانی مدت الگوی وزش باد در سایت مورد نظر می باشند، مدل نموده و در محاسبه ی شاخص های قابلیت اطمینان در نظر گرفته اند. در این پایان نامه، با توسعه ی روش فراوانی و تداوم مارکوف که روشی تحلیلی است، مزارع بادی با آرایش منظم، با در نظر گرفتن اثر سایه هم چون یک واحد تولید چند حالته مدل می شوند و احتمال، فراوانی رخداد و نرخ خروج از هر حالت بر اساس ویژگی های الگوی وزش باد و نرخ خروج ظرفیت توربین ها بدست می آید. در این راستا در روش پیشنهادی، مشکل ابعاد بزرگ مسئله با استفاده از تکنیک های ذخیره سازی ماتریس های تنک، حل می شود. سپس با اضافه کردن تک تک واحدهای نیروگاهی به مدل مزرعه ی بادی به روش بازگشتی، مدل کامل تولید سیستم قدرت تشکیل می شود. با استفاده از این مدل، شاخص های کفایت سیستم از جمله lole، lolf، lold و شاخص انرژی eens قابل محاسبه خواهد بود. از مزیّت های این روش، می توان به سرعت پاسخ آن نسبت به روش های شبیه سازی، عدم نیاز به داده های طولانی مدت سرعت باد و سازگاری آن با روش های ارزیابی قابلیت اطمینان واحدهای متداول موجود در شبکه، اشاره نمود. صحت و کارآیی روش پیشنهادی در شبکه ی تست rbts اصلاح شده، برآورد شده است.

این پایان نامه به بررسی امکان استفاده از انواع حسگر های پیزوالکتریک در امر پایش وضعیت ماشین های الکتریکی می پردازد. ماشین های الکتریکی دوار از جمله سازه های الکترومکانیکی ساخت بشر هستند که به عنوان ستون فقرات صنایع و شالوده ی محرک آن ها محسوب می شوند. لذا پایش سلامت این سازه های گهگاه عظیم، در سال های اخیر و با افزایش کاربری های آن ها، به شدت افزون شده است. در این تحقیق، ابتدا به بررسی عمده ی روش های پایش ماشین های الکتریکی دوار می پردازیم. سپس، در بین روش های موجود، روش لرزش سنجی را به عنوان یک روش پذیرفته شده، که البته در بخش توسعه ای، هنوز جای بحث فراوان دارد، سرلوحه ی کار خود قرار می دهیم. در این بین، به بیان شیوه های قرائت سیگنال های استخراجی از حسگر های پایش گر لرزش، اشاره ی مختصری می شود. با توجه به بررسی های انجام شده، وجود عیب در ماشین های الکتریکی دوار، سبب پدیدار شدن لرزش هایی با فرکانس مشخص در بدنه ی ماشین می گردد. از این رو، با بدست آوردن طیف فرکانسی لرزش های ماشین، می توان به عیبوب موجود در ماشین، پی برد. در این تحقیق، روش انتخاب شده برای پردازش سیگنال های لرزش، تبدیل فوریه ی سریع می باشد به سبب وجود حسگر هایی که تاکنون، با وجود داشتن استعداد به کارگیری در این کاربرد خاص، به هر دلیلی، مورد استفاده قرار نگرفته اند، حسگر های پایش گر لرزش را در کاربرد های گوناگون پایش سلامت سازه ها ، مورد مطالعه قرار می دهیم. در ادامه حسگر برگزیده شده را مورد مطالعه ی بیشتری قرار داده و مشخصات آن را استخراج می کنیم. جهت استخراج مشخصه های حسگر، دست به ساخت تجهیز آزمایشگاهی میز لرزاننده می زنیم. سپس با اعمال عیبی تصنعی، از مجموعه ی عیوب محتمل وارده بر موتور الکتریکی القایی؛ به عنوان موتور محرک صنایع مختلف؛ و نصب حسگر برگزیده بر روی موتور معیوب، سیگنال استخراجی را مورد پایش و بررسی قرار داده و با مقایسه ی طیف آن با مستندات علمی و فرمول های محاسباتی موجود، عیب را آشکارسازی می کنیم. در نهایت نیز، هدف غایی سامانه های پایش گر را، که استقلال کامل از متخصص انسانی باشد، به واسطه ی پیاده سازی سامانه ی پایش گر، بر روی ریزپردازنده ی دارای موتور پردازش سیگنال دیجیتال ، جستجو کرده و آلگوریتم پایش را برای عیب نمونه، بر روی ریزپردازنده، پیاده می کنیم. با نمونه برداری از ولتاژ حسگر لرزش و استفاده از مشخصه ی بدست آمده ی این حسگر، و همچنین اعمال تبدیل فوریه ی سریع، در داخل پردازنده، عیب مورد مطالعه، آشکار می گردد.

توربین های بادی رایج ترین سیستم تولید برق از باد می باشند که از اجزای بسیار زیادی تشکیل شده و به عنوان یک سیستم پیچیده تلقی می گردند. امکان وقوع عیب در چنین سیستم هایی بالا بوده و اگر عیب به موقع تشخیص داده نشود ممکن است خسارات فراوانی برجای گذاشته شود. برای تشخیص عیب تا کنون روش های زیادی ارائه شده است. یک دسته از این روش ها که نیازی به مدل صریح ریاضی سیستم ندارند، روش های مبتنی بر داده است که تکنیک های ماشین بردار پشتیبان (svm) و شبکه ی عصبی دو نمونه از متداول ترین این دسته از روش ها هستند. هدف از انجام این پایان نامه، تشخیص عیب توربین بادی با استفاده از روش svm و مقایسه ی آن با شبکه ی عصبی است.

در سال های اخیر استفاده از انرژی های تجدید پذیر و جایگزین کردن آن ها به جای سوخت های فسیلی در کشور های توسعه یافته و صنعتی با رشد قابل توجهی همراه بوده است. یکی از این انرژی های تجدید پذیر که بیشتر از سایر انرژی ها مورد استفاده قرار گرفته، انرژی باد است. توربین های بادی سیستم های الکترومکانیکی پیچیده ای هستند که طی دو مرحله انرژی جنبشی باد را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند و از این رو بخش های مختلف توربین های بادی در معرض عیب های مختلفی قرار می گیرند. از آنجایی که زیرسیستم های مختلف توربین بادی با یکدیگر در ارتباط هستند، با ظهور عیب در یک زیر سیستم توربین بادی، امکان پخش شدن و اثر گذاری آن عیب در کل سیستم وجود دارد. از این رو برای جلوگیری و کاهش هزینه های ناشی از وقوع عیب در سیستم، نیازمند مکانیزمی هستیم که عیب را در لحظات ابتدایی وقوع در سیستم شناسایی کرده و به رفع اثر آن بپردازد. در این پایان نامه، پس از بررسی مدل توربین بادی، عیوب متداول در توربین بادی و روش های تشخیص و شناسایی عیب، به تشخیص آنلاین عیوب حس گر سرعت روتور، سرعت ژنراتور و گشتاور ژنراتور توربین بادی پرداخته شده است. برای تشخیص این عیوب از بانک رویتگر های ورودی ناشناخته استفاده شده است. رویتگر ورودی ناشناخته، یکی از روش های تولید مانده با تاکید بر مجزا نمودن اغتشاش است. در این روش به کمک مدل سیستم در معرض اغتشاش، بانکی از رویتگر ها طراحی می شود که به وسیله ی آن ها، سیگنال های مانده تولید شود. در این پایان نامه، همچنین مکانیزمی جهت رفع اثرات منفی ناشی از ظهور عیب در سیستم طراحی شده است. در این مکانیزم، پس از شناسایی زمان و مکان وقوع عیب، با استفاده از سیگنال آشکارسازی عیب و تخمین حالت ها، پارامتر های کنترل کننده طوری تغییر داده می شوند که اثرات منفی ناشی از ظهور عیب در سیستم جبران شود. کارایی روش تشخیص و شناسایی عیب و کنترل کننده انعطاف پذیر در برابر عیب با شبیه سازی نشان داده شده است.

موضوع اصلی تحقیق این پایان نامه، ارائه روشی برای تشخیص وضعیت جزیره ای در ریزشبکه های تکفاز خانگی مبتنی بر میکرواینورترهای خورشیدی برای پانل های فتوولتایی می باشد. یکی از چالش های روش های تشخیص سریع وضعیت جزیره ای، حالتی است که در آن تولید توان توسط منبع تولید پراکنده در لحظه وقوع حالت جزیره ای برابر یا نزدیک به میزان توان مصرفی در شبکه ی داخلی باشدکه موجب اختلال در تشخیص وضعیت جزیره ای می شوند. در این پایان نامه یک روش تشخیص وضعیت جزیره ای برای میکرواینورترها ارائه شده است که چالش مطرح شده را مرتفع می سازد. این روش مبتنی بر تزریق دو هارمونی مختلف در سیگنال مرجع جریان میکرواینورتر بوده و با محاسبه ی امپدانس نورتن ناشی از این دو هارمونی و شیب تغییرات آن در حالت اتصال به شبکه و قطع از شبکه، وضعیت جزیره ای تشخیص داده می شود.