حسن بیورانی

The primary objective of this research is to mitigate the negative impacts of active power fluctuations in weak power grids using grid-connected converters (GCCs). Weak grids need more infrastructure and stability measures to accommodate the integration of renewable energy sources, such as high levels of solar photovoltaic power. One of the key challenges encountered in such grids is the absence of inertia from converter-based resources, which can lead to grid instability. This thesis proposes a solution to this challenge by employing power electronics grid-forming converters to synthesize additional inertia and damping properties, effectively emulating the behavior of synchronous generators through the use of virtual synchronous generator (VSG)-based converter control strategies. By incorporating these control strategies, the proposed method aims to overcome the limitations of weak. Integrating high levels of solar photovoltaic power into weak grids can lead to local mode oscillations and grid instability. To tackle this issue, the proposed method focuses on suppressing these oscillations by emulating a virtual damper winding (VDE) within the VSG-based GCC. By incorporating virtual inertia and damping properties, mitigating active power fluctuations and enabling the smooth integration of solar photovoltaic power. A genetic algorithm (GA) optimization tool is introduced to optimize the VSG-based GCC’s performance. This tool allows for the optimization of virtual damping and inertia parameters, enabling the VSG-based converter to effectively adapt to the changing conditions of weak grids. Through comprehensive time-domain and frequency-domain analyses, the proposed method is evaluated, and simulation results validate the effectiveness of the optimization technique and implementation procedure. The validity of the proposed method is further confirmed through simulations conducted in the MATLAB/Simulink environment, which encompass various operating scenarios encountered in weak grids. The thesis provides a comprehensive discussion of the approach, optimization tool, and simulation results, emphasizing the efficacy of the proposed method in addressing the challenges associated with weak grids.

طی چند دهه اخیر تغییرات اقلیمی و حوادث طبیعی (سیل، طوفان، زلزله و ...) بطور نمایی در سطح جهان در حال افزایش است. این حوادث به‌عنوان رخدادهای با احتمال کم و اثرگذاری بالا شناخته میشوند. به‌صورتی که این حوادث طبیعی و حتی گاهاً حملات سایبری باعث بروز خاموشی‌های گسترده در سیستم‌های قدرت و قطع برق حتی برای چند میلیون نفر می‌شود که ترمیم آن می‌تواند ماه‌ها به طول انجامد و خسارات مالی سنگینی تحمیل کند. بروز این مشکلات منجر به پدید آمدن مفهوم تاب‌آوری در سیستم شده است که به چالش‌ها و راه حل‌هایی برای مقاومت، بازیابی و سازگاری با فجایع طبیعی و سایبری می‌پردازد. بنابراین ایجاد زیرساختی تاب‌آور که توانایی تحمل وقایع با احتمال کم و تاثیر بالا را داشته باشد ضروری است. از جمله اساسی‌ترین اقدامات جهت افزایش تاب‌آوری سیستم‌های قدرت، استفاده از سیستم‌های توزیع فعال و بکارگیری تکنولوژی‌های جدید مثل شبکه‌های هوشمند، ریزشبکه‌ها است تا سیستم را از طریق برنامه‌ریزی و بهره برداری در قبل، در حین و بعد از فاجعه تاب‌آوری را به‌طور قابل‌توجهی بهبود بخشد. روش‌های متنوعی برای افزایش تاب‌آوری شبکه در برابر حوادث جوّی طبیعی به‌کار گرفته شده‌است که تمرکز آن‌ها بر راهبردهای اصلاحی یا بازیابی در حین و بعد از حادثه است بدون آن‌که سیستم را برای خرابی‌های بالقوه آماده کنند. روش پیش‌گیرانه فعال با توجه به جهت حرکت حادثه در سیستم قدرت و همچنین خرابی‌های احتمالی المان‌های سیستم قدرت، با اتخاذ تصمیماتی توزیع تولیدات بین ژنراتورها را در حین حادثه تعیین می‌کند. تصمیمات برای توزیع تولیدات بین ژنراتورها در حین حادثه نیازمند سرعت بالا می‌باشد تا از وقوع خرابی‌های آبشاری و خاموشی‌ها جلوگیری شود. در این پژوهش از زنجیره مارکوف برای تصمیم‌گیری و تنظیم تولیدات ژنراتورها استفاده شده است. اگرچه این روش می‌تواند از قطع‌بار تا حد قابل‌توجهی جلوگیری کند ولی قادر به جلوگیری از قطع بار‌ کامل نیست. به‌همین منظور از سیستم‌های ذخایر انرژی سیار نیز در این پژوهش استفاده شده است که ترکیب این دو روش می‌تواند تا‌‌ب‌آوری سیستم را افزایش دهد. برای حل مسئله بهینه‌سازی و انتخاب حالت بهینه سیستم در هر زمان نرم‌افزار GAMS به‌کار گرفته شده ‌است. برای صحت کارکرد روش‌‌ ارائه‌شده نیز سیستم 30 شینه IEEE مورد استفاده قرار گرفته‌ است. نتایج به‌خوبی موثربودن روش ارائه‌شده برای بهبود سطح تاب‌آوری سیستم را در حین حادثه نشان می‌دهند.

ریز‌شبکه‌ها شبکه‌های قدرت کوچکی هستند که از منابع تولید‌ پراکنده، سیستم‌های ذخیره‌ساز انرژی و بار تشکیل شده و در دو حالت متصل به شبکه اصلی و جزیره‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. به‎ منظور‎‎ دستیابی به نیازمندی‌های پایداری و عملکرد در ریزشبکه‌ها ، یک ساختار کنترلی سلسله مراتبی متشکل از چهار سطح: اولیه ، ثانویه ، مرکزی/اضطراری و فراگیر در نظر گرفته شده است. سطح کنترل اولیه از دو لایه کلی داخلی ولتاژ و جریان و لایه خارجی توان تشکیل شده است. در مراجع لایه داخلی تحت عنوان کنترل سطح صفر شناخته شده است. برای کنترل سطح صفر معمولاً از کنترل‌کنندهای مرسوم تناسبی- انتگرالی و یا تناسبی رزونانسی استفاده می‌شود. این کنترل‌کننده‌ها علی رغم محبوبیت زیاد به دلیل سادگی ، دارای زمان نشست طولانی ، فراجهش بزرگ و ... هستند. علاوه بر این ، فاقد دکوپله‌سازی محورها و حساس بودن نسبت به تغییر پارامترهای سیستم می‌باشند. سطح کنترل صفر دارای پهنای باندی بزرگی می‌باشد اما پهنای باند کلی سطح کنترل اولیه توسط فرکانس قطع فیلترهای اندازه‌گیری توان اکتیو و راکتیو تعیین می‌شود. بنابراین ، پهنای باند کلی سطح اولیه کاهش می‌یابد و این موضوع می‌تواند برای طراحی کنترل‌کننده سطوح بالاتر همچون ثانویه مشکل‌ساز شود زیرا سطح ثانویه با پهنای باند کم نسبت به نامعینی شبکه مخابراتی حساس است. در فاز اول رساله ، یک کنترل‌کننده یکپارچه تطبیقی برای کنترل سطح صفر ریزشبکه جریان متناوب پیشنهاد شده است. هدف اصلی کنترل‌کننده پیشنهادی، تنظیم ولتاژ در نقطه اتصال مشترک به مقادیر مطلوب است که توسط کنترل‌کننده افتی تعیین می‌شود. کنترل یکپارچه پیشنهادی دارای پهنای باند قابل تنظیم است که به‌صورت مدون تنظیم می‌شود و امکان عملکرد صحیح در فرکانس‌های بالا و متوسط را بدون نوسانات و فراجهش‌های قابل توجه در خروجی فراهم می‌کند. در ریزشبکه‌های جریان متناوب معمولاً از روش افتی مرسوم برای تقسیم توان‌های اکتیو و راکتیو بین منابع تولید ‌پراکنده استفاده می‌شود. با افزایش نسبت مقاومت به اندوکتانس خط تغذیه، اثرات مخرب تداخل بین حلقه‌های کنترلی (فرکانس-توان اکتیو و ولتاژ-توان راکتیو) تشدید می‌شود و عملکرد کنترل افتی با چالش روبرو می‌شود. بنابراین در فاز دوم رساله، یک ساختار کنترل جریان چند ورودی-چند خروجی تطبیقی برای حل مشکل تداخل در ریزشبکه‌های جریان متناوب در کنترل سطح اولیه پیشنهاد شده است. از آنجا که ارزیابی سطح تداخل بین حلقه‌های کنترلی واحدهای تولید پراکنده یک گام مهم در روند طراحی کنترل‌کننده پیشنهادی است، ماتریس آرایه بهره نسبی به‌عنوان یک روش عددی و مفهوم غالب قطری به‌عنوان یک روش ترسیمی برای این منظور استفاده می‌شوند. روند طراحی کنترل‌کننده پیشنهادی با تعریف یک مدل مرجع که در آن اهداف کنترلی مطلوب مانند زمان نشست، خطای حالت ماندگار و حداکثر فراجهش فرموله شده است، شروع می‌شود. سپس یک ساختار کنترلی پسخور-پیشخور در نظر گرفته می‌شود که در آن بهره‌های کنترل‌کننده به‌صورت تطبیقی و براساس قوانین تطابق به‌دست آمده از تئوری پایداری لیاپانوف تنظیم می‌شوند. علاوه براین، برای تخمین اثرات مخرب بین واحدهای تولید پراکنده که به‌عنوان اغتشاش خارجی در نظر گرفته شده است، از یک تخمین‌گر استفاده می‌شود. در ریزشبکه‌های مبتنی بر مشخصه افتی ، زمانی‌که بارها تغییر می‌کنند ولتاژ و فرکانس سیستم از مقدار نامی منحرف می‌شوند. کنترل اولیه پایدارسازی ولتاژ و فرکانس سیستم را تضمین می‌کند اما در باز گرداندن این پارامترها به مقادیر نامی ناتوان است. برای حل مشکل ذکر شده کنترل ثانویه وارد عمل می‌شود. در حالی‌که روش‌های کنترلی بسیاری برای رگولاسیون فرکانس به مقدار نامی در سطح کنترل ثانویه و بدون نیاز به بستر مخابراتی انجام شده است اما چالش‌های این روش‌ها و توانایی آن‌ها برای رگولاسیون همزمان ولتاژ و فرکانس ریزشبکه‌ها به طور کامل بررسی نشده است. بنابراین در فاز سوم رساله، یک رویکرد چند متغیره تطبیقی برای بازسازی ولتاژ و فرکانس به مقادیر نامی با حفظ تقسیم توان مناسب بین واحدهای تولید پراکنده برای یک ریزشبکه جزیره‌ای پیشنهاد شده است. کنترل‌کننده تطبیقی پیشنهادی بدون نیاز به بستر مخابراتی براساس دو رویکرد مبتنی بر افتی و اینرسی طراحی می‌شوند. علاوه بر این، تاثیر پارامترهای طراحی بر عملکرد سیستم به‌طور دقیق مورد بررسی قرار می‌گیرد و نشان داده می‌شود که این پارامترها می‌توانند برای به دست آوردن نتایج قابل پیش‌بینی تنظیم شوند. مدل‌سازی‌ها و شبیه‌سازی‌های مورد نیاز در محیط‌های ‎Simulink‎ و ‎SimPowerSystems‎ از نرم‌افزار ‎MATLAB‎ انجام شده‌اند.

برقراری ارتباط میان کمیت های توان اکتیو و فرکانس و همچنین توان راکتیو و ولتاژ، به صورت مجازی، امکان کنترل شارش توان اکتیو و توان راکتیو توسط ولتاژ و فرکانس را در منابع تولید پراکنده مبتنͬ بر مبدل های اینورتری فراهم می کند. این ارتباط می تواند یک تناسب مجازی باشد که از عملکرد حالت ماندگار سیستم تنظیم سرعت و تنظیم کننده اتوماتیک ولتاژ ژنراتور سنکرون الگوبرداری شده است. این تناسب مجازی تحت عنوان مشخصه افت توان اکتیو − فرکانس در کانال کنترل توان اکتیو و مشخصه افتی توان راکتیو − ولتاژ در کانال کنترل توان راکتیو شناخته شده است. تلاش در جهت برقراری ارتباط دینامیکی به صورت مجازی، میان کمیت های ذکر شده در راستای بهبود مشخصه بار − فرکانس ریزشبکە ها مفهوم به نام ژنراتور سنکرون مجازی را معرفی کرده است. مدل ساده شده ژنراتور سنکرون از دینامیک مرتبه اول برخوردار است که در واقع دینامیک الکترومکانیکی رتور را نمایش میدهد. ژنراتور سنکرون مجازی در واقع بیان کننده ی دینامیک مرتبه اول و ساده است که توسط معادله نوسان نمایش داده میشود. با این وجود، این مدل از انعطاف لازم و کافی در شرایط مختلف بهره برداری برخوردار نمی باشد. ارائه و پیشنهاد دینامیک مجازی، به صورت منعطف که امکان بهبود مشخصه بار − فرکانس را برای ریزشبە ها در شرایط مختلف بهره برداری فراهم کند، می تواند در کنترل ریزشبکه اثرگذار باشد. در این رساله دینامیک منعطف و مقاوم، در لایه کنترل توان، از کنترل سطح اولیه، برای ریزشبە ها پیشنهاد گردیده است، که از عملکرد مناسب تری در بهبود مشخصه بار − فرکانس ریزشبکه نسبت به دینامیک ژنراتور سنکرون مجاری، در شرایط کاری متفاوت برخوردار میباشد. همچنین دینامک منعطف دیگری در لایه داخلی از کنترل سطح اولیه پیشنهاد گردیده است، که علاوه بر توانایی کنترل ولتاژ و جریان منابع تولید پراکنده مبتنی بر مبدل های اینورتری به صورت یͺپارچه، میتواند منجر به تعریف یک مدل ساده، دکوپله و منعطف از ساختار سیستم حلقه بسته گردد

هنگامی که یک وضعیت جزیره‌ای ناشی از یک خطای ناخواسته در یک شبکه توزیع فعال با تولید پراکنده رخ می‌دهد، پایداری فرکانس و مسائل حفاظتی چالش برانگیز خواهد بود. از این رو، این پایان‌نامه بهبود فرکانس شبکه توزیع فعال با حضور منابع تولید پراکنده را با استفاده از یک روش بارزدایی دو مرحله انجام داده و در ادامه از یک سیستم ژنراتور سنکرون مجازی جهت ایجاد اینرسی مجازی در شبکه و حداقل‌سازی بارزدایی در مسیر رسیدن به پایداری فرکانس تحت شرایط جزیره‌ای ناشی از خطاهای غیرعمدی ارائه می‌شود. کنترل اینرسی مجازی بر مبنای معادله نوسان انجام گرفته است تا اینرسی مجازی را تولید کند و اینرسی سیستم را برای افزایش حاشیه پایداری جبران کند. روش پیشنهادی بوسیله نتایج شبیه‌سازی در نرم‌افزار متلب تایید و پایداری فرکانس و افزایش کاهش بار بدرستی حاصل می‌گردد. این مطالعه ابتدا در سه سناریو برای بارزدایی دو مرحله‌ای بدون عدم حضور اینرسی مجازی انجام گرفته و در مرحله بعد این سناریوها در حضور اینرسی مجازی مورد ارزیابی قرار می‌گیرند. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که کنترل اینرسی مجازی پیشنهادی می‌تواند به طور موثر فرکانس و پایداری گذرا را در شرایط جزیره‌ای بهبود بخشد، و تعداد بارهای قطع شده را کاهش دهد.

Microgrids represent a new structure in power systems, characterized by the presence of distributed generator (DG) sources. These systems have prompted the reconfiguration of traditional power systems to accommodate the unique capabilities of microgrids. One of the most significant features of microgrids is their ability to operate in an islanded mode, which enables them to supply the required energy during disturbances in the main grid. Power sharing is an essential requirement for islanded microgrids, and it presents a substantial challenge. Insufficient power sharing leads to unbalanced load sharing, which can cause damage to both consumers and the grid during grid-connected operation, as well as create voltage instability conditions. Appropriate power sharing enhances microgrid performance and controllability during faults. Achieving proper power sharing among DGs in a microgrid necessitates suitable control schemes. In microgrids comprising multiple DGs, droop control is a widely used technique for power sharing purposes. Droop control maintains voltage and frequency at different values compared to reference levels and distributes active and reactive power among DGs. While active power is proportionally shared among DGs according to their rated power, reactive power sharing is prone to errors due to differences between line impedance and inverter output impedance. To achieve precise power sharing using droop control in microgrids, it is crucial to compensate for these impedance differences. The proposed control approach in this work is based on the implementation of virtual dynamic loops as a modifying term for effective power sharing. Employing virtual dynamic loops is a promising strategy for improving the performance of conventional droop control methods. The primary objective of this work is to utilize virtual dynamic loops to achieve accurate active and reactive power sharing in microgrids. The application of virtual dynamic loops reduces the dependency of droop control on line impedance and inverter output impedance while preserving the simplicity of the droop control structure. Furthermore, the straightforward design of virtual dynamic loops enhances system reliability. In this work, various types of virtual dynamic loops, such as virtual impedance loops and virtual control loops, are employed to accomplish precise power sharing and improve the performance of microgrids

حفاظت پشتیبان ناحیه-وسیع مبتنیبر PMU در حضور منابع تجدیدپذیر در سیستم قدرت

منابع تولید پراکنده مبتنیبر انرژیهای تجدیدپذیر با رابطهای الکترونیک قدرت با سرعت زیادی در حال نفوذ به سیستمهای قدرت برای جایگزینی شبکههای سنتی هستند. این مسئله ممکن است نگرانی مربوط به بحران انرژی و آلودگی هوا را برطرف کند اما باعث ایجاد چالشهای جدیدی در شبکه میشود. از سوی دیگر، افزایش سهم منابع انرژی تجدیدپذیر در ترکیب انرژی باعث کاهش اینرسی و کاهش پایداری فرکانس سیستم قدرت میشود. علت اصلی کاهش اینرسی، عدم وجود جرم چرخشی در منابع انرژی تجدیدپذیر و سیستمهای ذخیرهساز انرژی است. علاو بر این، کاهش بالقوه در اینرسی سیستم منجر به افزایش نرخ تغییرات فرکانس و فرکانس ندیر میشود. حضور اینورترهای کنترلپذیر که رفتار ژنراتورهای سنکرون واقعی را تقلید میکنند، بهعنوان یک استراتژی امیدوارکننده برای بهبود پایداری فرکانس سیستمهایی که با نفوذ زیاد این منابع روبهرو هستند در حال افزایش است. این مفهوم بهعنوان اینرسی مجازی و ماشین/ژنراتور سنکرون مجازی معرفی شده است. امروزه ایده اینرسی مجازی بهتنهایی برای تثبیت یک شبکه با واحدهای تولید پراکنده مختلف، انرژیهای تجدیدپذیر، جبران اینرسی سیستم، مشخصه میرایی و دینامیک سیستم کافی نمیباشد. از این رو برای حل این چالشها مبدلهای قدرت کنترلشده انعطافپذیر بهمنظور ساخت مجازی سایر دینامیکهای موثر برای شبکههای الکتریکی پیشنهاد شده است. در این پژوهش، تلاش شده تا علاوهبر استفاده از مفهوم اینرسی مجازی، از سایر خواص دینامیکی سیستمهای قدرت مانند رتور مجازی، کنترل اولیه مجازی و کنترل ثانویه مجازی تحت عنوان ژنراتور سنکرون مجازی توسعهیافته در ساختار مبدلهای قدرت کنترلشده انعطافپذیر استفاده شود. کنترلکننده ژنراتور سنکرون مجازی توسعهیافته به یک ریزشبکه ACبا هدف کنترل فرکانس اعمال میشود. همچنین بهمنظور داشتن عملکرد تطبیقی در برابر اغتشاشات و نامعینیها در ریزشبکه ACمورد مطالعه، یک راهکار جدید بر پایه کنترلکننده فازی برای تنظیم پارامترهای مجازی ارائه خواهد شد. علاوه بر این، روشهای کنترل خطی مرسوم از حساسیت بالا به تغییرات پارامتر و پاسخ گذرا آهسته رنج میبرند، به همین دلیل است که ژنراتور سنکرون مجازی توسعهیافته مبتنیبر فازی میتواند روش مناسبی برای حفظ پایداری فرکانس ریزشبکه باشد. نتایج شبیهسازی برای یک سیستم آزمایشی نشاندهنده عملکرد بالا مناسب است و پاسخهای مطلوب را برای شرایط مختلف تغییر بار و توان خروجی منابع انرژی تجدیدپذیر نشان میدهد. مدلسازی و شبیهسازیهای مورد نیاز در محیطهای SimPowerSystems ،Simulink ،Editorو جعبه ابزار منطق فازی از نرم افزار MATLABانجام شده است

تولیدات پراکنده مبتنی بر اینورتر بهعنوان یک راهکار مطمئن و کارآمد برای استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر مطرح شدهاست. سیستمهای تولید پراکنده علاوه بر تولید توان در حضور شبکه، بایستی قادر به تامین بارهای محلی در هنگام قطعی شبکه اصلی نیز، باشند. بنابراین، اینورترهای این سیستمها باید قادر به عملکرد در هر دو حالت متصل به شبکه و جزیرهای (مستقل از شبکه یا ایزوله) باشند. این سیستمها در حالت متصل به شبکه، بهعنوان منبع جریان برای شبکه ،ACو در حالت جزیرهای، بهعنوان منبع ولتاژ برای بار، جهت کنترل ولتاژ و فرکانس به شمار میروند. گذار بین وضعیتهای عملکردی، میتواند با ایجاد عدم انطباق فرکانسی، فاز یا دامنه میان ولتاژ خروجی اینورتر و ولتاژ شبکه، باعث اعوجاج شکل موج ولتاژ یا جریان شود. در نتیجه برای گذار نرم و بدون تغییرات ناگهانی و اعوجاج باید رویکرد جامعی در سیستم کنترلی اینورترها در نظر گرفته شود. رویکرد کنترلی پیشنهادی در این پژوهش، تحتعنوان کنترل ترکیبی فازی-پیشبین، با استفاده از منطق فازی، امکان تنظیم هوشمندانه ضرایب تابع هزینه کنترل پیشبین را فراهم میآورد، و قابلیت رد اغتشاش ناشی از بارهای غیرخطی را داراست. روش کنترلی ذکر شده، علاوه بر بهبود پاسخ دینامیکی اینورتر در حالات ماندگار، منتج به بهبود رفتار آن در شرایط گذار میشود. این بهبود، با استفاده از معیارهای کنترلی مختلف در شبیهسازی سنجیده شدهاست. کنترلکننده ترکیبی فازی- پیشبین ارائه شده، ضمن کاهش اعوجاج هارمونیکی کل، خطای حالت ماندگار، و فراجهش/ فروجهشهای پاسخ زمانی اینورتر، باعث افزایش بازدهی نیز میگردد، و در برابر نامعینیهای پارامتری، مقاوم است. نوآوری این پایاننامه در ترکیب دو روش کنترلی فازی و پیشبین، و بهکارگیری کنترلکننده ترکیبی حاصل در اینورترهای منبع ولتاژی مورد استفاده در تولیدات پراکنده است

تحت فشارهای محیطی و اقتصادی، سیستم قدرت در بیشتر اوقات با ظرفیت کامل بارگذاری می شود. به همین دلیل میرایی ضعیفی دارد. بنابراین، پایداری سیستم قدرت را می توان عمدتا به عنوان ویژگی یک سیستم قدرت تعریف کرد که به آن اجازه می دهد در شرایط عملیاتی عادی در شرایط پایدار باقی بماند و پس از ایجاد اختلال، حالت تعادل کافی را به دست آورد. پایدارسازهای سیستم قدرت (PSS) باید بتوانند سیگنال های پایداری مناسب را در طیف وسیعی از شرایط عملیاتی و اغتشاشات ارائه کنند. با افزایش تقاضای برق و نیاز به فرمان دهی سریع تر و انعطاف پذیرتر سیستم در شرایط رقابتی، سیستم های قدرت فعلی می توانند به شرایط استرس کمتری نسبت به سال های گذشته دست یابند که دلیل این امر افزایش کنترل-کننده های مختلف در سیستم قدرت است. اغتشاشات ناگهانی باعث می شود که سیستم ناپایدار یا نوسانات ضعیفی را دارا باشد که بیشتر در سیستم های قدرت الکتریکی در سراسر جهان، این اتفاق رخ می دهد. در سال های اخیر، با توجه به توسعه سریع تکونولوژی های کامپیوتری، استفاده از ابزارهای بهینه سازی برای کمک به اجرای کنترل پایداری سیستم قدرت امکان پذیر شده است. علاوه بر PSSها، ادوات انعطاف پذیر سیستم قدرت (FACTs) نیز از عوامل بسیار مهم برای افزایش پایداری سیستم قدرت هستند. در این پروژه به بررسی تنظیم پارامترهای پایدارساز سیستم قدرت و همچنین استفاده از عناصر انعطاف پذیر خطوط انتقال جهت بهبود پایداری و کاهش تلفات و مقایسه آنها با تنظیم پارامترهای پایدارساز سیستم قدرت، انجام می گیرد.

این رساله، یک استراتژی جدید و جامعی برای کنترل فرکانس هماهنگ یک ریزشبکه جزیره ای کم-اینرسی ارائه می کند. عناصر اصلی ریزشبکه شامل یک توربین بادی مبتنی بر ژنراتور القایی دوسوتغذیه (DFIG)، یک سیستم ذخیره انرژی باتری (BESS)، و ژنراتورهای سنکرون دیزلی هستند. در چارچوب استراتژی کنترل، یک مکانیسم هماهنگی جدیدی بین DFIG و BESS برای برعهده گرفتن مسئولیت حمایت اولیه، موقت و سریع فرکانس و همچنین برای جبران نواقص دیزل ژنراتورها در تامین سریع پاسخ فرکانسی طی اغتشاشات افت ناگهانی فرکانس ارائه می گردد. در مقایسه با روش های هماهنگ سازی موجود در تحقیقات پیشین که معمولا از کنترل کننده های منطق فازی استفاده می کنند، مکانیسم هماهنگ کننده ارائه شده، دارای مزیت سادگی طرح و پیاده سازی آسان آن بدون نیاز به کنترل کننده های اضافی و محاسبات زیاد، پیچیده و زمانبر است که این عامل، سرعت پاسخ دهی سیستم را افزایش می دهد. این مکانیسم هماهنگ، برای همه شرایط بادی عملیاتی، جامعیت دارد و نایقینی و نواقص سیستم بادی DFIG را در ایجاد یک حمایت فرکانسی مطمئن تحت هر شرایط بادی بواسطه استفاده هماهنگ و بهینه از BESS برطرف می کند، در حالیکه از مسائل افت بیش از حد سرعت رتور و اضافه بار DFIG در دوره حمایت جلوگیری می کند. همچنین از مساله افت فرکانس ثانویه طی بازیابی سرعت رتور DFIG جلوگیری می کند. در شرایط نرمال، برای بالا نگه داشتن بازدهی انرژی دو مولفه بادی و ذخیره، توان تبادلی BESS در صفر تنظیم می شود و سیستم بادی DFIG نیز در حالت عملکرد ردیابی نقاط ماکزیمم توان بادی کنترل می گردد. کنترل های محلی ارائه شده برای سیستم بادی DFIG مبتنی بر کنترل فیدبک توان هستند و این اجازه را برای سیستم DFIG فراهم می کنند که آزادانه سرعتش را کاهش داده و انرژی جنبشی ذخیره شده در رتور را برای حمایت موقت فرکانس ریزشبکه بواسط کنترل تقلید اینرسی آزاد کند. بعد از حمایت فرکانسی سریع و موقت، برای برگشتن به شرایط نرمال پربازده، سهم توان های حمایتی DFIG و BESS بوسیله عملیات کنترل فرکانس ثانویه که در دیزل ژنراتورها اعمال می شود، دوباره به صفر برگردانده می شوند. برای ارزیابی و بازبینی دقیق جنبه های مطرح پژوهش، ریزشبکه به همراه مولفه هایش توسط شبیه سازی مفصل حوزه زمان در بستر نرم افزار PSCAD/EMTDC مدل سازی می گردد. استراتژی کنترل فرکانس هماهنگ با سناریوهای بدون کنترل، کنترل حمایتی DFIG و کنترل حمایتی BESS تحت شرایط بادی مختلف مقایسه می شود. نتایج شبیه-سازی، برتری طرح ارائه شده را در مقایسه با روش های دیگر برای بهبود پایداری فرکانس ریزشبکه جزیره ای طی اغتشاش بوجود آمده، تایید می کند.

یکی از گزینه های مناسب جهت تامین انرژی برق، منابع تولید پراکنده می باشند که امروزه از مهمترین منابع تامین انرژی برق هستند. حضور منابع تولید پراکنده، شبکه های توزیع گذشته را از حالت پسیو به شبکه های اکتیو تبدیل کرده است. با توجه به حضور منابع تولید پراکنده در سطح توزیع، ماهیت ریزشبکه-ها تا حد زیادی با شبکه های قدیمی متفاوت است. در مقایسه با سیستم های قدرت سنتی انواع متفاوتی از منابع کوچک در ریزشبکه ها استفاده می شود. در نتیجه ی وجود منابع کوچک چندگانه، مدل دینامیکی ریزشبکه بسیار پیچیده خواهد بود. با توجه به دینامیک متفاوت انواع مولدهای پراکنده در مقایسه با نیروگاه های بزرگ، حضور تولیدات پراکنده، روی مشخصات دینامیکی شبکه تاثیر می-گذارد. به همین دلیل مدل سازی و آنالیز رفتار کنترلی این مولدها نیاز به بررسی دقیق دارد. در ریزشبکه ها این مسئله مهمتر می نماید؛ چرا که به دلیل کوچک بودن ظرفیت ریزشبکه، ممکن است یک منبع تولید پراکنده، درصد قابل توجهی از بار را تامین نماید و رفتار دینامیکی آن، کنترل ولتاژ و فرکانس را به شدت تحت تاثیر قرار دهد. بر همین اساس، ارزیابی امنیت دینامیکی ریزشبکه ها برای مصون ماندن از پیشامدهای مختلف و تداوم تغذیه مشتریان از اهمیت اساسی برخوردار است. ایمنی یک سیستم در واقع به توانایی آن برای مقابله با اختلالات و نارسایی ها مرتبط بوده و بستگی به شرایط کاری آن و احتمال بروز حوادث در شبکه دارد. از نقطه نظر تاریخی، تضمین شرایط بهره برداری ایمن نسبت به شرایط بهره برداری اقتصادی از اهمیت بیشتری برخوردار است. زمانی که یک شبکه از درجه ایمنی پایین برخوردار باشد، همواره در معرض خرابی های بزرگ و در برخی موارد فاجعه آمیز نظیر آنچه تاکنون در برخی از شبکه های الکتریکی در سرتاسر جهان رخ داده است می باشد و نه تنها خسارت اقتصادی زیادی به بار آمده، بلکه زندگی و جان انسان ها نیز در معرض خطر قرار گرفته است. در چنین شرایطی، برای اطمینان از اینکه سیستم به اندازه کافی قابل اعتماد است بایستی به درستی طراحی و در مرحله بهره برداری به خوبی نظارت گردد تا همواره حاشیه ایمنی لازم حفظ گردد؛ که این نیازمند انجام آنالیز دقیق سیستم قبل و بعد از طراحی می باشد. برای این منظور لازم است تا مدل های دقیقی از سیستم در دسترس طراحان و بهره برداران باشد و این امر یعنی مدل سازی از اهمیت اساسی برخوردار است. در بحث مدل سازی بایستی به اندازه مدل، دقت مدل و اعتبار آن توجه ویژه نمود. در این رساله، مدلسازی ریزشبکه در حالت جزیره ای جهت بررسی پایداری گذرا انجام خواهد شد. با توجه به اینکه در بررسی پایداری گذرا، اجزای دارای اینرسی تاثیرگذار خواهند بود، لذا یکی از چالش های موجود در مسیر مدل سازی، مدل کردن منابع تولید انرژی مبتنی بر اینورتر می باشد که فاقد اینرسی هستند. در هنگام مدل سازی این نوع منابع، ممکن است از مفهوم ژنراتور سنکرون مجازی استفاده شود؛ به این ترتیب که می توان از این مفهوم جهت ایجاد دینامیک های لازم در رفتار منابع تولید انرژی مبتنی بر اینورتر استفاده کرد. در این حالت با به میان آوردن اینرسی مجازی، پایداری گذرا فرموله و تعریف خواهد شد. با افزایش نفوذپذیری منابع تولید انرژی توزیع شده مبتنی بر مبدل های الکترونیک قدرت، اینرسی سیستم کاهش می یابد و به تبع آن عملکرد در مقابله با اغتشاش و پایداری ریزشبکه در حالت جزیره ای کاهش می یابد. لذا در مدل سازی پایداری گذرا، مفهوم اینرسی مجازی در مورد منابع اینورتری بکار گرفته می شود. به بیانی دیگر، با افزایش سطح نفوذ مولدهای اینورتری، تاثیر اینرسی و میرایی کم در عملکرد دینامیکی و پایداری شبکه افزایش می یابد. یک راه حل، افزایش اینرسی به صورت مجازی جهت استحکام بخشیدن به سیستم است. اینرسی مجازی را می توان با استفاده از ذخیره سازهای انرژی کوتاه مدت همراه با یک مبدل الکترونیک قدرت و یک مکانیزم کنترلی مناسب در یک سیستم که ژنراتور سنکرون مجازی نامیده می شود ایجاد کرد. بر خلاف ماشین سنکرون واقعی، پارامترهای ژنراتور سنکرون مجازی قابلیت تنظیم جهت بهبود پاسخ دینامیکی سیستم را دارا می باشد. از دیدگاه مبحث پایداری، اگر ظرفیت نفوذ مولدهای اینورتری بزرگ و بزرگتر شود، سیستم قدرت به طور قابل توجهی تحت تاثیر قرار خواهد گرفت. مفهوم ژنراتور سنکرون مجازی می تواند به عنوان یک راه حل مفید برای بهبود پایداری دینامیکی در شبکه های برق از جمله ریزشبکه ها در نظر گرفته شود.

کنترل ثانویه توزیع یافته در ریزشبکه ها به دلیل مقاوم بودن در برابر مشکل نقطه شکست و قابلیت قطع و اتصال بر کنترل ثانویه های متمرکز و غیرمتمرکز ترجیح داده می شود. از آنجایی که در این استراتژی کنترلی واحدهای مختلف از طریق لینک های مخابراتی باهم در ارتباط هستند، این استراتژی در برابر حملات سایبری آسیب پذیر است. بیشتر مقالات ارائه شده برای ریزشبکه ها در این زمینه مربوط به تاثیر و تشخیص حملات سایبری هستند و به ارائه روشی تاب آور در برابر حملات کم تر توجه شده است. به علاوه، برای اغلب حملات سایبری تاکنون هیچ روش تاب آوری برای ریزشبکه جریان مستقیم ارائه نشده است. در این پژوهش، طراحی کنترل کننده ثانویه تاب آور در برابر حملات سایبری برای ریزشبکه جریان مستقیم مورد مطالعه قرار می گیرد. در ابتدا، کنترل ثانویه توزیع یافته در ریزشبکه جریان مستقیم بررسی و سپس تاثیر حملات سایبری بر عملکرد این ساختار کنترلی ارزیابی می شود. یک روش کنترلی تاب آور در برابر حمله تزریق داده غلط در کنترل ثانویه توزیع یافته ریزشبکه جریان مستقیم ارائه می شود. در روش ارائه شده، زمانی که لینک مخابراتی مورد حمله قرار می گیرد، لینک مورد حمله تشخیص داده شده و سپس تاثیر داده غلط تزریق شده توسط حمله سایبری، بوسیله یک کنترل کننده ی تناسبی انتگرالی حذف می شود. از آنجایی که این روش کنترلی تنها در برابر حمله تزریق داده غلط تاب آور است، یک روش کنترلی مبتنی بر روش فازی در برابر حملات سایبری ارایه می شود. در این روش، وزن های مخابراتی بین واحدها در کنترل توزیع یافته -که متاثر از نوع حمله وهمچنین داده ی غلط تزریق شده توسط حمله سایبری است- توسط کنترل کننده ی فازی تنظیم می شوند. عملکرد روش های ارائه شده بر روی یک ریزشبکه ی جریان مستقیم نمونه و در محیط نرم افزار متلب مورد ارزیابی قرار می گیرد.

تولید متمرکز سنتی در چند سال اخیر به دلیل افزایش نگرانی در مورد آلودگی محیط زیست و بحران انرژی فسیلی، جذابیت خود را از دست داده است. تولیدات پراکنده ممکن است یک گزینه امیدوار کننده باشد زیرا می تواند اتصال منابع انرژی تجدید پذیر، مانند پنل های خورشیدی، توربین های بادی، دیزل ژنراتور، پیل های سوختی و میکروتوربین ها را تسهیل کند. برای افزایش قابلیت اطمینان، انعطاف پذیری وکیفیت توان، چندین واحد تولید پراکنده، همراه با بارها و سیستم های ذخیره انرژی، در یک واحد کنترل پذیر معروف به ریز شبکه قرار دارند. به طور معمول منابع انرژی تجدیدپذیر از طریق رابط های مبتنی بر الکترونیک قدرت مانند اینورترها به نقطه اتصال مشترک متصل می شوند. که از مشکلات اصلی این رابط های اتصال، در کنار بارهای غیرخطی ایجاد هارمونیک های ولتاژ می باشد. بنابراین، کنترل هماهنگ اینورترهای موازی و کیفیت ولتاژ نقشی اساسی در عملکرد قوی ریزشبکه ها دارد. در این پایان نامه، ابتدا به مدل سازی سیستم اینورتر که در آن بار یا شبکه به عنوان ترکیبی از منابع ولتاژ و جریان در نظر گرفته شده است، پرداخته می شود که این منابع ولتاژ و جریان در فرکانس های هارمونیک فردی ارائه شده است در نتیجه، می توان هر فرکانس هارمونیکی را جدا کنترل کرد. علاوه بر بررسی نحوه تحویل توان به یک منبع ولتاژ ثابت از طریق یک امپدانس، نحوه تحویل توان به یک منبع جریان ثابت پرداخته می شود به این معنی که استراتژی کنترل ژنراتور سنکرون مجازی برای سیستم های تحویل توان به یک منبع جریان ثابت، به جای منبع ولتاژ ثابت ایجاد شده است. سپس این امر برای تولید یک کنترل کننده ژنراتور سنکرون مجازی هارمونیکی ارائه می شود تا مقدار مناسب ولتاژ هارمونیک به ولتاژ مرجع اینورتر اضافه شود و ولتاژ هارمونیک ژنراتور سنکرون مجازی بر روی امپدانس خروجی به دلیل جریان هارمونیک جبران شود. کنترل کننده ژنراتور سنکرون مجازی هارمونیکی، ولتاژ خروجی را در فرکانس هارمونیک فردی مجبور می کند نزدیک به صفر باشد و اعوجاج هارمونیک کل ولتاژ خروجی را به میزان قابل توجهی بهبود می بخشد. برای بررسی اثربخشی عملکرد آن با کنترل کننده افتی مقایسه می شود. از نرم افزار MATLAB در محیط SimPowerSystems جهت ارزیابی عملکرد کنترل کننده ها استفاده شده است.

در این رساله تمرکز اصلی بر مساله بازیابی غیرمتمرکز فرکانس و اشتراک گذاری توان اکتیو می باشد. در همین راستا، به منظور بازیابی فرکانس و تخصیص دقیق توان اکتیو، یک کنترل کننده بهینه مبتنی بر رگولاتور مربعات خطی LQR ارائه می شود. کنترل بهینه ارائه شده به منظور ارضای اهداف کنترل ثانویه فرکانس نیازی به تبادل اطلاعات از طریق زیرساخت مخابراتی ندارد. برخلاف اکثر کارهای موجود، یک رویّه سیستماتیک به منظور طراحی کنترل کننده ثانویه ارائه می شود. به منظور طراحی این کنترل کننده تنها از دینامیک فیلتر پایین گذر موجود در حلقه کنترل شیب-افتی استفاده می شود. رفتار غیرمتمرکز، ساده بودن روش طراحی و اجرا، بهینه بودن بر اساس تابع هزینه ای خطی-مربعی و سادگی در حل مساله از ویژهگی های اصلی این روش است. در ادامه نیز یک کنترل ثانویه برای بازیابی فرکانس و اشتراک گذاری دقیق توان راکتیو مبتنی بر تخمین توان اکتیو واحدهای مجاور ارائه می شود. نحوه حل مساله با بکارگیری مشخصه اصلی فرکانس به عنوان یک متغیر سراسریِ ریزشبکه های خودگردان در حالت ماندگار تحقق یافته است. تخمین توان اکتیو تنها بر اساس ضریب شیب-افتی P-Q انجام گرفته شده است. مشخصه غیر متمرکز بودن، با بکارگیری پروتکل اجماع، نه تنها که فرکانس واحدها را به مقدار نامی خود بازمی گرداند، بلکه اشتراک گذاری دقیق توان اکتیو بین واحدها را نیز حفظ می کند. ورودی های مورد استفاده در پروتکل اجماع مبتنی بر تخمین توان اکتیو تولیدی واحدهای مجاور هستند و به تبادل اطلاعات مابین واحدها نیازی ندارد (و یا حداقل اطلاعات را خواستار میباشد.) آنالیز پایداری مربوط به دینامیک فرکانس و توان اکتیو کل سیستم به صورت تابع تبدیل یک سیستم چند ورودی-تک خروجی انجام شده است. علاوه بر آن، پارامترهای کنترلی مربوط به پروتکل اجماع به گونه ای تعیین شده است که عملکرد پایدار سیستم تضمین شود.

در ریزشبکه های DC منابع تولید پراکنده، منابع ذخیره ساز انرژی و بارها با مشخصات الکتریکی متفاوت معمولاً از طریق مبدل های الکترونیک قدرت به لینک DCمتصل می شوند. حضور این مبدل های واسط دو مسئله اساسی را ایجاد می کنند. اول: مبدل های واسط سمت بار و بارهای متصل شده به آنها به عنوان بار توان ثابت عمل می کنند که اثر منفی بر روی پایداری سیگنال کوچک سیستم می گذارند؛ دوم: مبدل های واسط سمت منابع هیچگونه خاصیت اینرسی و میرایی به سیستم اضافه نمی کنند و درنتیجه اینرسی ذاتی کل سیستم پایین است. در این رساله، مدلسازی، تحلیل پایداری ریزشبکه DCبا اینرسی کم در حضور بارهای توان ثابت، مورد بررسی قرار گرفته و با بهره گیری از مفهوم منابع توان تحت کنترل و مفهوم اینرسی مجازی در ریزشبکه های ،ACپاسخ دینامیکی سیستم بهبود داده می شود. منبع توان تحت کنترل از سه بخش اصلی واحد ذخیره ساز انرژی، مبدل الکترونیک قدرت واسط و استراتژی کنترل مناسب تشکیل شده است، که برای داشتن پاسخ دینامیکی بهتر، هر کدام از این سه بخش بصورت ویژه مورد مطالعه قرار می گیرند. برای واحد ذخیره ساز انرژی، ابرخازن پیشنهاد می شود که دارای چگالی توان بالا بوده و پاسخ دینامیکی سریعی را فراهم می نماید. استراتژی کنترل پیشنهادی از دو بخش اینرسی مجازی و میرایی مجازی تشکیل شده است که درحلقه ی کنترل جریان داخلی مبدل واسط اعمال می شوند. ضریب اینرسی مجازی پیشنهادی بر روی فیدبک مشتق ولتاژ خروجی قرار گرفته و موجب کاهش نرخ تغییرات ولتاژ بلافاصله بعد از وقوع خطا می گردد. حلقه میرایی مجازیپیشنهادی موجب کاهش اثرمنفی بار توان ثابت شده وبا افزایش نسبت میرایی سیستم،پایداری ریزشبکه DCرا بهبود می دهد. روش کنترل پیشنهادی به ساختار مبدل واسط وابسته نبوده و کارایی آن بر روی مبدل کاهنده 1و مبدل افزاینده 2بررسی شده است. به منظور بررسی پایداری ریزشبکه DCمورد مطالعه، مدل دقیق سیگنال کوچک سیستم با استفاده از روش متوسط گیری فضای حالت استخراج می شود. با مطالعه مقادیر ویژه غالب سیستم، تاثیر پارامترهای کنترل کننده پیشنهادی بر روی پایداری مورد بررسی قرار گرفته و مقادیر مناسب آنها به دست می آیند. مدلسازی ها و شبیه سازی های مورد نیاز در محیط های Simulinkو SimPowerSystemsاز نرم افزار MATLAB انجام شده اند

با توجه به روند رو به رشد استفاده از منابع انرژی در سالهای اخیر، کاهش سوخت های فسیلی و آلودگی ناشی از آنها، همچنین نگرانی در مورد تغییرات آب و هوا و هزینه زیاد توسعه شبکه های سنتی، لزوم بهکارگیری هر چه بیشتر منابع تجدیدپذیر انرژی احساس می شود. یکی از راهکارهای پیش رو برای غلبه بر این مشکلات، استفاده از منابع انرژی تولید پراکنده می باشد. راه بهینه استفاده از این منابع، ایجاد ریزشبکه است. مفهوم ریزشبکه برای حل مشکل ادغام منابع تجدیدپذیر انرژی و ژنراتورهای توزیع شده در شبکه قدرت، به وجود آمده است. طبق تعریف؛ ریزشبکه ها مجموعه ای از منابع تجدیدپذیر انرژی مانند انرژی باد و خورشید، دستگاه های ذخیره ساز انرژی و بارهای محلی هستند که به دو صورت متصل به شبکه و جزیره ای می توانند مورد بهره برداری قرار گیرند. ریزشبکه هم مانند دیگر شبکه های الکتریکی در معرض انواع خطاها قرار دارد و برای حفظ امنیت آن، باید روش های حفاظتی مناسب هنگام رخداد خطا به کار گرفته شوند. این روش ها باید توانایی تشخیص خطا در زمان مناسب را داشته باشند به گونهای که کمترین آسیب به سیستم وارد شود. در این پایان نامه یک ریزشبکه ACمتصل به شبکه سراسری در نظر گرفته شده و به آن خطای اتصال کوتاه متقارن اعمال شده است. مهم ترین نوآوری این تحقیق، تشخیص خطاهای احتمالی در ریزشبکه ها با استفاده از روش های مبتنی بر سیگنال است. ضرورت اصلی انجام این تحقیق این است که با تشخیص به موقع خطا در ریزشبکه، امکان جلوگیری از عواقب خطرناک آن با استفاده از روش های مبتنی بر سیگنال فراهم گردد. فرض می شود ریزشبکه در معرض انواع خطاهای احتمالی، اغتشاش و نامعینی قرار دارد و هدف، طراحی سیستمی است که بتواند در کمترین زمان ممکن، خطا را تشخیص داده و محل وقوع آن را تعیین کند. بر این اساس، با استفاده از رویکرد مبتنی بر سیگنال و استخراج شکل موجهای سیگنال های جریان، ولتاژ و توان خروجی منابع تجدیدپذیر انرژی و بارهای ریزشبکه در لحظه وقوع خطا و مقایسه آنها با حالت نامی، وقوع خطا تشخیص داده شده است. برای تعیین مکان خطا، ویژگی های حوزه زمان سیگنال توان استخراج و به عنوان ورودی به الگوریتم ماشین بردار پشتیبان داده می شود و با استفاده از روش طبقه بندی کننده ماشین بردار پشتیبان، مکان خطا نیز تشخیص داده شده است. همچنین به کمک این روش، خطا و اغتشاش در منابع تجدیدپذیر انرژی با هم مقایسه شده اند و این روش به خوبی قادر به تشخیص آنها از یکدیگر است.

در سالهای اخیر، ریزشبکه های DCبه دلیل کنترل ساده تر آنها، افزایش روزافزون منابع تجدیدپذیر انرژی با خروجی DCو همچنین افزایش بارهای ،DCموردتوجه ویژهای قرارگرفته اند. منابع تجدیدپذیر انرژی غالباً فاقد اینرسی و یا دارای اینرسی پایینی هستند؛ حال، ریزشبکه های DCدر حالت جزیرهای (نبود پشتیبانی شبکه ی اصلی) و نفوذ بالای منابع تجدیدپذیر انرژی، اینرسی بسیار پایینی دارند که ریزشبکه را در برابر نوسانات (تولید و بار) و اغتشاشات، آسیب پذیر می کند و حاشیه ی پایداری سیستم را کاهش می دهد. اخیراً برای رفع این مشکل، مفهوم اینرسی مجازی معرفی شده است. یکی از شناخته شده ترین راهکارها برای تولید اینرسی مجازی، ماشین/ژنراتور سنکرون مجازی می باشد. این تحقیق، در راستای بهبود دینامیک ریزشبکه های ،DCبا استفاده از اینرسی مجازی و کنترل مقاوم می باشد. در این روش، از یک کنترل کننده ی مجازی بر اساس مفهوم ژنراتور سنکرون مجازی برای بهبود دینامیک یک ریزشبکه ی DCاستفاده می شود. کنترل کننده ی مجازی به همراه کنترل کننده ی داخلی و کنترل کننده ی ثانویه، به یک مبدل باک اعمال می شود. به منظور داشتن عملکرد بهینه و مقاوم ریزشبکه در برابر اغتشاشات و نامعینی ها، یک راهکار جدید بر پایه ی کنترل بهینه و مقاوم ∞𝐻 برای تنظیم پارامترهای کنترل کننده مجازی پیشنهاد می شود. کنترل کننده ی بهینه و مقاوم ∞𝐻 بر اساس مدل سیگنال کوچک ریزشبکه و به جای کنترل کننده ی مجازی طراحی می شود. سپس، این دو کنترل کننده بر اساس یک الگوریتم پیشنهادی در ارتباط با هم قرار می گیرند و پارامترهای بهینه و مقاوم کنترل کننده ی مجازی تعیین می شوند. در سایر روشهای ارائه شده، صرفاً یک کنترل کننده ی مقاوم برای ریزشبکه طراحی می شود و از نامعینی ها و اغتشاشات وارده بر سیستم که بر اینرسی آن تاثیرگذارند، صرفنظر می شود؛ اما در روش پیشنهادی کنترل کننده ی مقاوم در راستای تنظیم ضرایب کنترل کننده ی مجازی به کار گرفته می شود. در ادامه، ریزشبکه ی DCموردمطالعه، در محیط نرم افزار Simulink/MATLABشبیه سازی می شود. سپس، برای ارزیابی عملکرد و کارایی کنترل کننده ی مجازی با پارامترهای پیشنهادی، ریزشبکه تحت آزمون های مختلفی قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی، کارایی کنترل کننده مجازی پیشنهادی در کنترل ولتاژ ریزشبکه را به خوبی نشان می دهند. نتایج به دست آمده، علاوه بر اینکه عملکرد مقاوم و بهینه ی ریزشبکه را در حضور نامعینی ها و اغتشاشات نشان می دهند، کارایی و انعطاف پذیری کنترل کننده ی مجازی را در راستای بهبود اینرسی و دینامیک ریزشبکه را نیز مشخص می کنند.

امروزه ریزشبکه های الکتریکی به عنوان گروهی از مهمترین بازیگران شبکههای هوشمند شناخته میشوند که در انواع DC ،ACو ترکیبی مورد مطالعه و پژوهش و همچنین پیادهسازی آزمایشگاهی و بهرهبرداری واقعی هستند. این شبکههای توزیع فعال که از مجموعهای منابع تولید پراکنده و مصرفکنندگان در مجاورت یکدیگر تشکیل شدهاند، قابلیت بهرهبرداری در حالت اتصال به شبکه برق اصلی و منفصل (جزیرهای) را دارند. تاکنون این دو حالت عملکرد در حوزههای مختلف پایداری، کنترل، حفاظت، برنامهریزی و بهرهبرداری کانون توجه محققان بوده است. در سالهای اخیر، بهرهبرداری متصل به هم ریزشبکهها به عنوان حالت بهرهبرداری جدید مورد توجه قرار گرفته است که میتواند به بهبود انعطافپذیری تولید و مصرف، قابلیت اطمینان، تابآوری، افزایش نفوذ منابع تجدیدپذیر و کاهش بارزدایی بیانجامد. هرچند که مزایای ذکرشده برای ریزشبکههای متصل به هم در مراجع معتبر ادعا شده و به طور شهودی قابل اثبات هستند اما باید به صورت جزئی مورد تحقیق قرار گرفته و تمامی چالشهای موجود بررسی شوند. پیش از هر چیز، اتصال چندین سیستم نسبتاً گسترده منجر به تشکیل یک سیستم با ابعاد بزرگ شده که نحوه مدلسازی و تحلیل اثر هر جزء بر روی پایداری و کنترل سیستم، یک چالش مهم و قابل تامل است. از این رو، در این رساله مدلسازی، تحلیل و بهبود پایداری ریزشبکههای ACمتصل به هم مورد توجه قرار گرفته است. دو نوع از ادوات اتصال ریزشبکههای ACشامل کلیدهای قدرت و مبدلهای پشت به پشت در تحقیقات لحاظ شدهاند که هر دو گروه ریزشبکههای ACمتصل به هم از طریق این ادوات مدلسازی شده و پایداری آنها تحلیل و ارزیابی شده است. مدلهای خطی کاهش مرتبه یافته جهت تحلیل پایداری مدهای غالب فرکانس پایین و بررسی پاسخ فرکانس به کمک ترکیب روشهای اغتشاش و تجمیع به دست آمدهاند. با استفاده از تحلیل مقادیر ویژه، ماتریس مشارکت و تحلیل حساسیت، بازههای قابلقبول جهت پایدارسازی سیگنال کوچک ریزشبکههای متصل به هم برای مهمترین پارامترهای داخلی ریزشبکهها و ادوات واسط محاسبه شدهاست. همچنین پایداری حالت گذرای سیستم مورد مطالعه تحلیل و ارزیابی شده که در مورد مبدلهای پشت به پشت منجر به مقید نمودن ولتاژ لینک DCشده است. در انتها یک کنترلکننده دروپ تعمیمیافته مجهز به توابع منطقی جهت بهبود عملکرد ریزشبکههای متصل به هم در شرایط اضطراری پیشنهاد شده است. مدلسازیها و شبیهسازی های مورد نیاز در محیطهای Simulink ،Editorو SimPowerSystemsاز نرمافزار MATLABو همچنین به صورت بهنگام در شبیهساز دیجیتال -OPAL RTانجام شدهاند.

امروزه تقاضا برای استفاده از انرژی های تجدیدپذیر در سیستم های قدرت مدرن به دلیل عامل هایی از جمله هزینه سوخت، کاهش تدریجی سوخت های فسیلی و آلودگی های زیست محیطی رو به افزایش می باشد. در شبکه قدرت امروزی ظرفیت تولیدات پراکنده با رابط های اینورتری به سرعت در حال افزایش است. در مقایسه با نیروگاه های بزرگ مرسوم که در آن ماشین سنکرون غالب است، واحدهای متصل شده به شبکه از طریق رابط های اینورتری، فاقد اینرسی بوده و یا دارای مقدار اینرسی ناچیزی هستند. کاهش اینرسی کلی شبکه، منجر به افزایش نرخ تغییرات فرکانس و کاهش حداقل فرکانس در مدت زمان کوتاهی می شود که پایداری سیستم را به خطر می اندازد. برای غلبه بر مسئله کاهش اینرسی شبکه در پاسخ به افزایش نفوذ این منابع جدید، اینرسی مجازی به عنوان راه حلی مناسب معرفی شده و مکانیسم های زیادی برای پیاده سازی آن از طریق رویکرد های مختلف مانند کنترل توان توربین های بادی، ذخیره سازها و کندانسورهای سنکرون پیشنهادشده است. اینرسی مجازی، یا به عبارت دیگر مفهوم ژنراتور سنکرون مجازی، می تواند در شبکه به وسیله سیستم ذخیره ساز انرژی و شیوه کنترلی مناسب ایجاد شود. در واقع، ژنراتور سنکرون مجازی رفتار ژنراتورهای سنکرون واقعی را با استفاده از کنترل منابع مبتنی بر مبدل های الکترونیک قدرت تقلید می کند. درحالی که مطالعات قابل توجهی در زمینه ی چگونگی فراهم کردن اینرسی مجازی از طریق تجهیزات و رویکرد های کنترلی مختلف انجام شده تقریباً اکثر روش های موجود ژنراتور سنکرون مجازی در تقلید معادله نوسان برای ویژگی های اینرسی و میرایی ژنراتور سنکرون واقعی مشترک هستند. بحث کنترل فرکانس در ریزشبکه ها با وجود منابع تولید پراکنده به همراه تجهیزات ذخیره کننده انرژی اهمیت پیدا می کند. با توجه به تغییرات در توان تولیدی تولیدات پراکنده و تغییرات در توان مصرفی بار، فرکانس ریزشبکه تغییرکرده که طراحی کنترل کننده ها جهت بهبود فرکانس ضرورت پیدا می کند. برای ارزیابی راهکار پیشنهادی یک ریزشبکه به عنوان نمونه انتخاب می شود. در این تحقیق، یک ژنراتور سنکرون مجازی پیشنهاد شده است که با تقلید ویژگی های ژنراتور سنکرون واقعی یک اینرسی مجازی ایجاد می نماید که وظیفه کنترل فرکانس در برابر تغییرات بار را بر عهده دارد. بنابراین، به منظور تقویت عملکرد کنترلی ژنراتور سنکرون مجازی درکنترل فرکانس ریزشبکه از یک الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. این الگوریتم با بهینه سازی مقادیر پارامتری کنترلی، کنترل فرکانس ریزشبکه را بهبود می بخشد و انحراف فرکانس را به حداقل می رساند. در ادامه، ریزشبکه به همراه کنترل کننده های طراحی شده در محیط جعبه ابزار شبیه سازی سیستم قدرت در نرم افزار متلب پیاده سازی می شود و نتایج حاصل از شبیه سازی تجزیه و تحلیل می شوند.

به دلایل اقتصادی، فنی و زیست محیطی، ظرفیت منابع تولید پراکنده در ریز شبکه ها به سرعت در حال رشد است. منابع تولید پراکنده ی با واسط الکترونیک قدرت، اینرسی بسیار کمی دارند. اگر منابع تولید ذکر شده در مقدار قابل توجه به جای مولدهای متداول به شبکه ی قدرت متصل شوند، اینرسی کلی سیستم کاهش می یابد و پایداری سیستم کم می شود. یکی از راه های موثر برای غلبه بر این چالش می تواند استفاده از اینرسی مجازی باشد. در این رساله پاسخ اینرسی ژنراتور سنکرون مجازی مبتنی بر منابع انرژی تجدید پذیر متصل به مبدل و هم-چنین عملکرد توان اکتیو در حالت گذرا در دو مد متصل به شبکه و منفصل از شبکه، بهبود داده می شود. این بهبود از طریق کنترل کننده فازی به عنوان یک روش کنترل بدون نیاز به لینک ارتباطی حاصل می شود. ابتدا یک مدل غیرخطی از ژنراتور سنکرون مجازی ارایه می-شود. سپس، با استفاده از حلقه های کنترلی پیشنهادی و طراحی کنترل کننده های بنگ- بنگ و فازی، عملکرد سیستم در ارتباط با پاسخ اینرسی و پاسخ گذرای فرکانسی بهبود داده می شود. به منظور برجسته کردن اثربخشی تکنیک های پیشنهادی رساله حاضر، مقایسه ای بین روش های ارائه شده در رساله و تکنیک های مبتنی بر بهینه سازی خود تنظیم انجام شده است. در گام بعدی، مقایسه با ژنراتور سنکرون مجازی ارتقا یافته صورت گرفته است. معیارهای مهم جهت راستی آزمایی، ندیر فرکانس و نرخ تغییر فرکانس می باشند. در مرحله بعد، به منظور بررسی و تحلیل پارامترهای تاثیر گذار در عملکرد سیستم، مدل غیرخطی ژنراتور سنکرون مجازی، خطی سازی می شود. تحلیل پارامترهای تاثیر گذار بر عملکرد سیستم در حالت گذرا در این بخش صورت می گیرد. در تمامی بخش های رساله، شامل مدل های غیرخطی و خطی شده و هم چنین الگوریتم های کنترلی پیشنهادی رساله، راستی آزمایی صورت گرفته است. شبیه سازی ها در محیط نرم افزار MATLAB/SIMULINK صورت گرفته است. به علاوه، نتایج آزمایشگاهی، صحت نتایج پژوهش حاضر را تایید می کنند.

با رشد حضور منابع تولید انرژی تجدیدپذیر و افزایش تعداد ریزشبکه ها، ساختار جدیدی به نام ریزشبکه های متصل به هم به وجود آمده است. در این ساختار جدید امکان تبادل توان بین ریزشبکه ها فرآهم می شود. از مهم ترین چالش هایی که این ساختار نوظهور ایجاد می کند، بحث کنترل فرکانس و توان خطوط ارتباطی به هنگام تبادل توان بین ریزشبکه ها می باشد. در این پایان نامه ابتدا تمرکز برروی ارائه یک مدل پاسخ فرکانسی ساده شده برای ریزشبکه های متصل به هم با روش تحلیل مداری و روابط ریاضی می باشد. در گام دوم یک مدل پاسخ فرکانسی ساده شده با استفاده از مفهوم اینرسی ارائه می شود. سپس یک کنترل کننده شبکه عصبی برای مدل پیشنهادی طراحی و کارایی آن با کارایی کنترل کننده های کلاسیک سنجیده می شود. در گام بعدی مدل پاسخ فرکانسی ارائه شده با حضور مبدل های پشت به پشت به روزرسانی می گردد و نهایتاً مدل پیشنهادی با افزودن مدل یک منبع توان کنترل پذیر تکمیل می شود.

در این پایان نامه، روشهایی برای تشخیص خطای مبتنی بر مدل برای ریزشبکهها معرفی شده اند. اگرچه روشهای تشخیص خطای مبتنی بر مدل چالشهای مختص به خود را دارند، اما اعمال این روشها برای ریزشبکه ها میتواند مسائل و مشکلات را دوچندان کند. خطاها در ریزشبکه ها سطوح مختلفی دارند که بسته به نوع سیستم و دامنه ی تاثیر خطا میتوانند موردبررسی قرار گیرند. در این پایان نامه خطاها در دو بخش، خطاهای اتصال کوتاه و خطاهای پارامتری موردبررسی قرارگرفته اند. در این پایان نامه، دو رویکرد جدید تشخیص خطای مبتنی بر مدل در ریزشبکه های DC ارائه شده است. در رویکرد اول، از شبکه های عصبی مصنوعی به منظور تشخیص خطاهای اتصال کوتاه استفاده شده است. شبکه های عصبی مصنوعی ابزار قدرتمندی برای شناسایی سیستمهای پیچیده هستند. نتایج بخش اول این پایان نامه بیانگر کاربرد موثر شبکه های عصبی در تشخیص خطاهای اتصال کوتاه در ریزشبکه های DC بودند. رویکرد دوم مبتنی بر فیلتر 𝐻−/𝐻∞ است که برای بالا بردن حساسیت بخش تشخیص خطا نسبت به اثر خطا، بسیار موثر است. این رویکرد به منظور تشخیص خطاهای پارامتری در ریزشبکه ها مورد استفاده قرار گرفت. ساختار فیلتر تشخیص خطای مبتنی بر فیلتر 𝐻−/𝐻∞ بسیار شبیه به فیلتر تشخیص خطای مبتنی بر کالمن است. به همین منظور در شبیه سازیهای بخش دوم، نتایج نشان دهنده برتری روش تشخیص خطای مبتنی بر 𝐻−/𝐻∞ نسبت به روش تشخیص خطای مبتنی بر فیلتر کالمن بودند.

فیدبک استاتیک خروجی، کنترل کنندهای ساده و اقتصادی می باشد که در بسیاری از مسائل کنترلی استفاده می شود. به عنوان یک مثال کاربردی، در این پایان نامه، برای طراحی ساختار کنترلی یک مولد اینرسی مجازی در ریزشبکه های الکتریکی از فیدبک مقاوم استاتیک خروجی استفاده شده است. در مثال کاربردی، مسئله تولید اینرسی مجازی توسعه یافته به مسئله طراحی کنترل کننده تناسبی -انتگرالی-مشتقی تبدیل می شود. سپس مسئله را به مسئله فیدبک استاتیک خروجی تغییر شکل می دهیم. آنگاه با استفاده از روش کنترل مقاوم، فیدبک استاتیک خروج ی طراحی میشود. قابل ذکر است، که جهت حل این مسئله از نامساوی های خطی ماتریسی استفاده شده است. در این پایان نامه، برای غلبه بر مشکلات طراحی کنترل کننده های فیدبک استاتیک خروجی روشی مستقیم و بدون استفاده از توابع واسطه جهت حل مسئله پایداری با استفاده از فیدبک استاتیک خروجی ارائه شده است. این روش از ماتریس سیستم حلقه بسته به صدورت مستقیم استفاده کرده است. در این روش از یک الگوریتم دو مرحله ای استفاده شده است. جهت حل مسئله ی پایداری با استفاده از فیدبک استاتیک خروجی روش هایی بر پایه نظریه لیاپانوف و همچنین روشهای دیگری نیز ارائه شده است. اما تقریبا تمامی آن ها با مشکلاتی روبه رو می شدند. استاده از تابع های واسطه برای حل مسئله، دلیل این مشکلات می باشد. در مرحله اول، روش ارائه شده تلاش می کند که ماتریس سیستم حلقه بسته را متقارن کند. سپس در مرحله ی دوم و پس از متقارن سازی، با استفاده از نامساوی های خطی ماتریسی فیدبک استاتیک خروجی پایدارکننده جستوجو می شود. سه مثال جهت بررسی روش پیشنهادی و کارایی آن ارائه شده است.

در چند دهه‌ی اخیر، به‌دلیل وقوع خاموشی‌های سراسری در نقاط مختلف دنیا، موضوع پایداری فرکانس به یکی ازعمده‌ترین نگرانی‌های بهره‌برداران سیستم قدرت تبدیل شده است. امروزه به علت افزایش تقاضای انرژی الکتریکی، ایجاد بازار برق و محدودیت‌های اقتصادی و زیست محیطی جهت احداث خطوط انتقال جدید، شبکه‌های قدرت به مرز پایداری بسیار نزدیک شده‌اند. در چنین شرایطی ارزیابی روی خط و پایش وضعیت پایداری سیستم به‌منظور اطمینان از عملکرد امن و پایدار سیستم ضروری است. با پیشرفت سیستم‌های مخابراتی امکان اندازه‌گیری هم‌زمان فازور ولتاژ و جریان توسط واحدهای اندازه‌گیری فازور( PMU)در سطح شبکه میسر شده و امکان پایش و کنترل روی خط شبکه فراهم شده است. تخمین روی خط پارامتر‌های سیستم به‌منظور ارزیابی شاخص‌های پایداری یکی از مهم‌ترین کاربردهای سیستم‌های پایش حوزه وسیع است که با بهره‌گیری از آن، بهره‌بردار سیستم قادر به تصمیم‌گیری مناسب در خصوص اقدامات کنترلی به‌منظور حفظ امنیت سیستم است. در این پایان‌نامه روشی برای تخمین روی خط شاخص‌های پایداری فرکانس از جمله نرخ تغییر فرکانس و حداقل(حداکثر) فرکانس سیستم ارائه شده است. روش پیشنهادی تنها با استفاده از داده‌های اندازه‌گیری- شده توسط واحدهای PMU و بدون داشتن اطلاعاتی در مورد ساختار شبکه به تخمین رفتار دینامیک‌های فرکانسی سیستم می‌پردازد. برای این منظور فرض شده است که واحدهای اندازه‌گیر فازور با نرخ 50 فریم در ثانیه امکان ارسال داده را دارند. کارایی روش پیشنهادی روی دو سیستم دو ناحیه‌ای و سیستم 16 ماشینه نشان داده شده است. نتایج شبیه‌سازی دقت بالای روش پیشنهادی در مدت زمانی به‌مراتب کمتر از زمان وقوع دینامیک‌های مورد نظر را نشان می‌دهد.

در سال های اخیر افزایش نفوذ تولیدات پراکنده (DG) در شبکه های توزیع تاثیر مستقیم بر قابلیت اطمینان، حفاظت و پایداری این شبکه ها داشته است. بنابراین لازم است یک بررسی جامع در زمینه تاثیر حضور تولیدات پراکنده بر روی شبکه توزیع و بخصوص طرح های حفاظتی سنتی انجام شود. در این زمینه، تولیدات پراکنده مبتنی بر اینورتر چالش اصلی در زمینه حفاظت و اتوماسیون ریزشبکه ها می باشند که ناشی از ساختار کنترلی آنها و عدم توانایی آنها برای تولید جریان خطای کافی می باشد. از سوی دیگر، توزیع انعطاف پذیر انرژی و ذخیره سازها (DFERS) که یک مفهوم جدید می باشد، موجب افزایش قابلیت کنترل و قابلیت اطمینان ریزشبکه شده و همچنین امکان تنظیم امپدانس واسط بین تولیدات پراکنده و بار را از طریق تنظیم ولتاژ مرجع کنترل کننده فراهم کرده است. ویژگی های بیان شده برای FDERS باعث شده است تا تاثیر منفی بر روی سیستم حفاظتی داشته و موجب عملکرد اشتباه رله های متبنی بر جریان شود. FDERS برای ریزشبکه های جزیره ای ارائه شده است و مزایای زیادی نظیر استفاده بهینه از منابع انرژی، مقام تر شدن سیستم و افزایش طول عمر تجهیرات را فراهم می سازد. علاوه بر این، در طرح FDERS کنترل کننده منابع انرژی پراکنده نیز اصلاح شده است. بررسی های انجام شده در این پژوهش نشان داد که پیاده سازی طرح FDERS تاثیر منفی بر روی طرح های حفاظتی سیستم توزیع دارد. در راستای رفع این مشکل، در این پژوهش هماهنگی بین فرآیند کنترلی و تجهیزات حفاظتی با اضافه کردن قیدهای جدید به رله های مبتنی بر جریان انجام شده است. برای این کار، یک استراتژی کنترلی جدید ارائه می شود که با کنترل کننده های اینورترهای مبتنی بر FDERS همگاهنگ می باشد. طرح حفاظتی پیشنهاد شده در این کار، با هدف افزایش امنیت و قابلیت اطمینان طرح حفاظتی طراحی شده است. ارزیابی طرح کنترلی و حفاظتی ارائه شده با استفاده از شبیه سازی در متلب انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که طرح حفاظتی پیشنهادی عملکرد مطمئن و بدون خطا داشته و تاثیر منفی FDERS بر روی سیستم حفاظتی را برطرف می سازد.

مسائل زیست محیطی، فنی و اقتصادی سیستم های قدرت را به سمت جایگزین کردن ژنراتورهای سنکرون مرسوم با منابع انرژی تجدید پذیر سوق داده است. در حضور نفوذ قابل توجه این گونه منابع که عمدتاً با واسط های الکترونیک قدرت به شبکه متصل می شوند، سطح پایین اینرسی در کنار تولید متغیر منابع تجدید پذیر و تغییرات پیوسته بار می تواند منجر به نوسانات فرکانسی شود. اینرسی مجازی به عنوان یکی از سرویس های کمکی مفید برای بهبود پاسخ فرکانسی شناخته شده است. درحالی که مطالعات قابل توجهی در زمینه ی چگونگی فراهم کردن اینرسی مجازی از طریق تجهیزات و رویکرد های کنترلی مختلف انجام شده، تنها تعداد انگشت شماری از مطالعات به جایابی اینرسی مجازی در شبکه پرداخته اند. حال آن که جایابی بهینه اینرسی مجازی تاثیر قابل توجهی بر بازدهی و کارایی سیستم دارد. یکی از دلایل کمبود مطالعات در این زمینه ی به روز و جدید، نبود مدلی مناسب برای اینرسی مجازی از دیدگاه شبکه بالادست است که در این پایان نامه به آن پرداخته می شود. به دلیل استفاده گسترده از منابع تولید پراکنده در سال های اخیر، استفاده از سیستم های ذخیره ساز انرژی مورد توجه قرار گرفته است. سیستم های ذخیره ساز انرژی، مشخصات و کاربردهای مختلفی دارند که یکی از این کاربردها کمک به تنظیم فرکانس و بهبود دینامیک های فرکانسی است. چالش اصلی در به کارگیری چنین سیستم هایی تعیین اندازه بهینه و مکان مناسب نصب آن ها برای کمک به بهبود پایداری فرکانس با کمترین ظرفیت است. در این تحقیق، مدل معادلی مبتنی بر نتایج عملی برای ذخیره ساز انرژی ایجادکننده اینرسی مجازی پیشنهاد شده است. مسئله جایابی بهینه اینرسی مجازی به صورت یک مسئله فنی-اقتصادی و با توجه به ملاحظات مربوط به سیستم های ذخیره ساز ازجمله هزینه-های سالانه، طول عمر و وضعیت شارژ و با هدف بهبود پایداری فرکانس با کمترین ظرفیت ذخیره ساز مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در همین راستا با توجه به دو مورد از شاخص های پایداری فرکانس، حداقل اینرسی مجازی لازم برای نواحی که دچار تخطی شاخص ها از حدود مجاز شده اند نیز تعیین شده است. پس از اعتبارسنجی مدل از طریق مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج سیستم های ذخیره ساز موجود در آزمایشگاه، مدل و روش پیشنهادی بر روی سیستم قدرت سه ناحیه ای خطی شده و همچنین یک سیستم غیرخطی اعمال شده است. تحلیل نتایج اهمیت مسئله مکان و مقدار اینرسی افزوده شده به سیستم را نشان داده و در نهایت کارآمدی روش جایابی اینرسی مجازی و مقدار بهینه ی آن برای بهبود پایداری فرکانس پس از وقوع اغتشاش مشخص شده است.

افزایش تقاضای انرژی الکتریکی، بحران آلودگی های زیست محیطی ناشی از مصرف سوخت های فسیلی، کاهش منابع سوخت های فسیلی، نیاز به افزایش قابلیت اطمینان سیستم های قدرت به منظور تامین توان مصرفی بارهای حساس آن در شرایط رخداد خطا و به تعویق انداختن احداث نیروگاه و خطوط انتقال جدید، از جمله دلایل ظهور منابع تولید پراکنده انرژی الکتریکی و به دنبال آن ریزشبکه های الکتریکی است. بهره گیری از منابع انرژی های تجدیدپذیر جهت تولید انرژی الکتریکی در کنار مزایای آن ها سیستم های قدرت را با چالش های متفاوتی روبه رو کرده است. یکی از این چالش ها در ریزشبکه های الکتریکی جزیره ای، این است که به دلیل نامعینی در توان تولیدی این منابع، شرایط اضطراری در ریزشبکه های جزیره ای بیشتر اتفاق خواهد افتاد؛ بنابراین آخرین راهکار به منظور جلوگیری از فروپاشی ریزشبکه های جزیره ای در یک شرایط اضطراری کمبود توان تولیدی بارزدایی است. همچنین بارزدایی به منظور برقراری تعادل عرضه و تقاضای توان و تداوم تامین توان مصرفی بارهای حساس ریزشبکه ها در شرایط اضطراری و جداسازی حداقل مقدار ممکن بار راهکار مناسبی است. یکی از نیازمندی های مهم بارزدایی، به منظور اجرای فرآیند بارزدایی به صورت بهینه تخمین عدم تعادل توان ریزشبکه است. یک راهکار مناسب برای تخمین عدم تعادل توان استفاده از معادله نوسان است اما، به دلیل متغیر بودن ثابت اینرسی ریزشبکه های جزیره ای، لحاظ کردن یک مقدار ثابت برای اینرسی در معادله نوسان به منظور تخمین عدم تعادل توان دقت لازم را نخواهد داشت. در این راستا یک الگوریتم تخمین ثابت اینرسی به صورت برخط و به دنبال آن تخمین عدم تعادل توان به صورت برخط در چندین مرحله ارائه شده است، به طوری که تعداد مراحل آن متناسب با اغتشاش های مختلف متفاوت است. همچنین یک الگوریتم بارزدایی مرحله ای هماهنگ با الگوریتم تخمین اینرسی برای پایدارسازی ریزشبکه های اینرسی متغیر در شرایط اضطراری ارائه شده است. با اعمال الگوریتم های ارائه شده بر روی یک ریزشبکه نمونه در چندین سناریو مختلف و تحلیل نتایج آن ها صحت الگوریتم های پیشنهادی بررسی شده است. در ادامه، اثر مکان بارزدایی روی فرآیند بارزدایی تحت یک اغتشاش ثابت به ازای مکان های مختلف قرارگیری بارها بررسی شده است. در انتها، به موضوع اینکه آیا الگوریتم ارائه شده بر روی ریزشبکه های فاقد اینرسی در شرایط اضطراری قابل اجرا است یا نه به صورت کلی پرداخته شده است.

با توجه به گسترش روز افزون تکنولوژی های مبتنی بر منابع تجدیدپذیر انرژی و مزایای فراوان بکارگیری آنها به عنوان منبع تولید پراکنده انرژی، استفاده از آنها جهت تامین انرژی مورد نیاز بارهای محلی توسعه چشمگیری یافته است. این گسترش وسیع، چالش های فراوانی را نیز در کنترل و بهره برداری از آنها در قالب ریزشبکه ها ایجاد می کند. هارمونیک های جریان تولید شده توسط بارهای غیرخطی، هماهنگی بین واحدهای پراکنده تولید کننده توان در ریزشبکه ها ، و محدودیت های ذاتی پیل سوختی مثل کمبود اکسیژن مورد نیاز آن یک سری از این چالش های عمده می باشند. بارهای غیرخطی قادر می باشند طیف وسیعی از هارمونیک های جریان را در ریزشبکه ایجاد کنند که سبب تبعات منفی فراوانی برای ریزشبکه شده و باعث عملکرد ناپایدار پیل سوختی می گردند. در این رساله، به منظور حذف اثرات منفی استفاده از بارهای غیرخطی، یک استراتژی کنترلی جهت تخصیص توان بین واحدهای مختلف مبتنی بر تبدیل فوریه توان کل مصرفی ارائه شده است. نتایج بدست آمده از شبیه سازی های انجام شده نشان می دهد که، استفاده از آنالیز فوریه در تخصیص توان بین واحدهای مختلف می تواند یک ابزار موثری جهت حذف اثرات مخرب هارمونیک های جریان بر روی پیل سوختی باشد. یک مدل کنترلی نیز برای کنترل ولتاژ ترمینال جهت حذف اثرات منفی اغتشاشات بار غیرخطی و نوسانات ولتاژ لینک DC روی ولتاژ خروجی ارائه گردیده است. مدل ارائه شده برای لوپ کنترلی اینورتر DC/AC قادر است اثرات منفی اغتشاشات بار غیرخطی و تغییرات ولتاژ لینک DC را روی ولتاژ ترمینال خروجی حذف نماید. در ادامه نیز یک روش کنترلی با استفاده از تحلیل پاسخ فرکانسی برای کنترل هماهنگ فرکانس بین اجزاء مختلف ریزشبکه با حضور پیل سوختی ارائه شده است. نتایج بدست آمده از تحلیل پاسخ فرکانسی نشان می دهد که تنظیم کنترلرهای ثانویه با استفاده از روش ارائه شده تاثیر چشمگیری روی کاهش نوسانات فرکانس ریزشبکه AC در حالت جزیره ایی دارد. نهایتا، به منظور بهبود عملکرد پیل سوختی در مقابل تغییرات جریان خروجی از روش های µ و H∞ جهت کنترل میزان اکسیژن ورودی به کاتد پیل سوختی استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که، کنترلرهای مقاوم طراحی شده تاثیر چشمگیری در بهبود عملکرد پیل سوختی در برابر تغییرات جریان و تغییر پارامترهای سیستم دارند.

گسترش تولید و استفاده از وسایل برقی موجب افزایش تقاضای انرژی الکتریکی شده است. در چند سال اخیر به دلیل محدودیت های اقتصادی و محیط زیستی استقبال زیادی از منابع انرژی تجدید پذیر شده است. استفاده از این منابع انرژی به صورت توزیع شده پیچیدگی های حفاظتی و کنترلی جدیدی به شبکه الکتریکی اضافه می کند. بنابراین، به منظور کنترل بهتر این منابع توزیع شده، مفهوم ریزشبکه معرفی شده است. پژوهش های زیادی در زمینه کنترل ولتاژ و فرکانس ریزشبکه صورت گرفته است. در این پایان نامه، به بررسی کلی این پژوهش ها پرداخته شده است. همچنین سعی شده سمت و سوی پژوهش های صورت گرفته در چند سال اخیر تعیین شود. در لایه کنترل اولیه، برخی از پژوهش ها با ایجاد تغییر در ساختار بلوک های تشکیل دهنده این لایه، سعی در بهبود عملکرد این لایه را داشته اند. در تعدادی از پژوهش ها سعی شده تا از کنترل کننده های جایگزین برای این لایه استفاده شود. اما استفاده متداول از کنترل افتی در لایه کنترل اولیه، لازمه اعمال کنترل ثانویه را فراهم می سازد. کنترل ثانویه را در دو رویکرد کنترل ثانویه متمرکز و کنترل ثانویه توزیع شده به تفصیل مورد بررسی قرار گرفت. ویژگی ها و چالش های هر کدام معرفی شده است. در این پایان نامه، یک نمونه مرسوم از کنترل ثانویه متمرکز در محیط نرم افزار شبیه سازی و نتایج آن استخراج گردید. در چند سال اخیر، با معرفی رویکرد کنترل ثانویه توزیع شده کنترل همزمان ولتاژ و فرکانس به امر ملموس تری تبدیل شده است. در فصل کنترل ثانویه توزیع شده، دو نمونه از پژوهش-های انجام شده این حوزه در محیط نرم افزار شبیه سازی و نتایج آن بازتولید شده اند. این دو نمونه، با استفاده از پروتکل کانسنسوس به بازیابی فرکانس و ولتاژ پرداخته اند. اما ساختار ریزشبکه دارای تغییرات سریع تری نسبت به شبکه اصلی است. همچنین بستر های مخابراتی استفاده شده در ریزشبکه و تاخیرهای آن کار را پیچیده تر می کند. در آخرین پژوهش های انجام شده سعی شده است که رویکردهای کنترلی مقاوم نسبت به این تغییرات ساختاری و تاخیرهای مخابراتی معرفی شود. به همین دلیل تنها به بررسی نسبتاً کامل این پژوهش ها پرداخته شد. پایه شبیه سازی مناسب با مطالعات در این حوزه آماده و نتایج تحقیق چند نمونه موفق پژوهشی این حوزه باز تولید گردید. لازمه ی ادامه تحقیق در این حوزه و ارائه راهکار کنترلی جدید

همانطور که مولدهای پراکنده در شبکه قدرت افزایش مییابند، چالشهای جدیدی شامل: مسایل پایداری، نوسانات ولتاژ، کنترل ولتاژ، هماهنگ سازی سیستم حفاظتی و ... پدیدار میشوند. روشی سیستماتیک جهت رفتار کردن با مسایلی از این دست این است که به منابع انرژی توزیع شده و بارهای آن بعنوان یک زیرسیستم یا ریزشبکه بنگریم. ریزشبکهها، متشکل از تعدادی منابع تولیدی، شامل منابع انرژی تجدیدپذیر، میکرو توربین و سیستمهای ذخیره انرژی باشند. هر منبع تولیدی محدودیتهای خاص خودش را از نظر کنترلپذیری، ظرفیت و زمان پاسخ دهی دارد. همچنین بارها پراکندگی بیشتری در مقایسه با شبکه قدرت سنتی دارند. ریزشبکه ها میتوانند در هر دو حالت وصل و قطع از شبکه قدرت کار کنند. برخلاف حالت وصل به شبکه، تنظیم ولتاژ و فرکانس و توازن بار و تولید در حالت جزیرهای صرفاً به واحدهای تولیدی محلی وابسته است. بنابراین، کارکرد پایدار و قابل اطمینان ریزشبکهها در حالت جزیرهای نیاز به یک طرح کنترلی هماهنگ دارد. بطور سنتی، این هماهنگی از طریق طرحهای کنترل افتی توان اکتیو- فرکانس و توان راکتیو- ولتاژ بدست میآید. روش افتی سنتی، که بر پایه مفهوم افت توان حقیقی- فرکانس در سیستم های قدرت است، سازگاری کمی با طبیعت مقاومتی و همچنین اینرسی کم واسطهای الکترونیکی منابع تولیدی در ریزشبکهها دارد. در نتیجه، ویژگیهایی نظیر پاسخ دینامیکی کند و کیفیت توان کم بعلت نوسانات ولتاژ و فرکانس را عرضه میکند. این رساله یک روش جدید کنترلی را بر اساس مشخصههای افتی ولتاژ- جریان برای هماهنگ سازی واحدهای تولیدی اینورتری در ریزشبکه پیشنهاد میدهد. طرحهای کنترل افتی بطورکلی، و کنترل افتی سنتی ولتاژ- جریان بطور ویژه بعلت تغییرات ولتاژ در طول ریز شبکه از تسهیم جریان مناسب بین منابع تولیدی ناتوان است. به منظور بهبود دقت تسهیم جریان، یک طرح جدید، بدون استفاده از لینک ارتباطی بین منابع تولیدی و نیاز به کنترل ثانویه ارائه شده است. در طرح پیشنهادی از الگوریتم بهینه سازی آموزش- یادگیری جهت محاسبه مقادیر مقاومت و راکتانس خطوط متصل به منابع تولیدی و شیب افتی بصورت بهینه استفاده شده است. در ادامه از کنترل فازی جهت تعیین ضریب تناسبی کنترل کننده ولتاژ استفاده شده است که نتایج رضایت بخشی را در کنترل تسهیم توان اکتیو و راکتیو و همچنین کنترل ولتاژ ارائه میکند.

نگرانی در مورد آلودگی های محیط زیست، تغییر آب و هوا و کاهش روزافزون سوخت های فسیلی نیاز به انرژی های تجدیدپذیر در سراسر جهان را افزایش داده است. یکی از بهترین استفاده های منابع تجدیدپذیر، مفهوم ریزشبکه می باشد. ریزشبکه یک مقیاس کوچک از شبکه برق قدرت شامل منابع انرژی تجدیدپذیر، منابع ذخیره ساز انرژی و بارهاست که به هم پیوسته هستند. پیشرفت واسط های الکترونیک قدرت مانند AC/DC و DC/AC در دهه های گذشته و انعطاف پذیری آن ها در انتقال انرژی الکتریکی باعث شده است که تمایل برای طراحی و استفاده از سیستم های بیشتر شود. مبدل های الکترونیک قدرت و محرک های موتور الکتریکی که اجزای اصلی ریزشبکه های DC می باشند، وقتی لازم باشد با دقت تنظیم شوند رفتاری شبیه بار توان ثابت خواهند داشت. این نوع بارها دارای مشخصه ی امپدانس منفی در پایانه ورودی می باشند که روی پایداری سیستم و کیفیت سیستم کنترلی تاثیر می-گذارند. این تاثیر در حالت ریزشبکه جزیره ای بیشتر نمایان است و ممکن است حتی موجب ناپایداری سیستم گردد؛ بنابراین وجود این نوع بارها در ریزشبکه DC به عنوان یک چالش محسوب می شود. در این پایان نامه، ابتدا به مدل سازی و تحلیل پایداری یک ریزشبکه DC شامل یک واحد تولید پراکنده (DG) که توان مورد نیاز برای یک بار توان ثابت را تامین می کند، پرداخته می شود. سپس با توجه به نفوذ بالای این نوع بارها در ریزشبکه DC و مسئله ناپایداری در آن ها، یک کنترل کننده غیرخطی بهینه، با استفاده از روش معادله ریکاتی وابسته به حالت (SDRE)، برای مسئله ردیابی ولتاژ باس DC ارائه و با دیگر روش های مرسوم مقایسه می گردد. در ادامه برای بررسی انتقال توان در این نوع سیستم ها، سیستم مورد مطالعه را توسعه داده و برای بررسی اثربخشی عملکرد آن یک کنترل کننده افتی مبتنی بر مدل پیش بین (DMPC) طراحی و با کنترل افتی معمولی مقایسه می شود. برای ارزیابی عملکرد و کنترل کننده های طراحی شده از نرم افزار Simpower/Matlab استفاده شده است. نتایج شبیه سازی برای سیستم مورد مطالعه در انتهای هر فصل آورده شده است.

ایجاد تعادل بین توان تولیدی و تقاضای بار شبکه از ملزومات یک سیستم قدرت است. به دلیل عدم قطعیت موجود در منابع تجدیدپذیر انرژی و همچنین تقاضای بار از سوی کاربران، ایجاد چنین تعادلی با چالش مواجه است. در این پروژه مسئله تعادل لحظه ای بار و تولید در یک سیستم قدرت شامل چند ریزشبکه مدنظر است. با درنظرگرفتن عدم قطعیت در منابع تولیدی و بار، نحوه برقراری جریان های توان بین ریزشبکه ها بررسی می گردد. به عبارتی دیگر وقتی یک ریزشبکه کمبود توان داشته و قادر به تغذیه بارهای خود نمی باشد، می تواند توسط اپراتور شبکه از ریزشبکه ای که اضافه توان داشته توان دریافت کند. همچنین در زمان دیگر که دارای اضافه توان هست می تواند به شبکه توان ارسال کند، در این حالت می توان گفت که احتمال قطع تمام ریزشبکه ها با هم برابر است. این پایان نامه با هدف اینکه جریان های توان سبب یکسان بودن احتمالات قطع برای تمام ریزشبکه ها می شود، یک مسئله مینیمم سازی احتمال قطع را برای کل شبکه ارائه می کند. با توجه به غیرمحدب بودن مسئله از دو روش نقطه داخلی و بهینه سازی ازدحام ذرات برای حل مسئله استفاده می کند. در این تحقیق با استفاده از روش ازدحام ذرات و نقطه داخلی میزان احتمال قطع شبکه کاهش پیدا کرده، منحنی بار بهبود یافته و قابلیت اطمینان سیستم افزایش یافته است. همچنین بر اساس دو سناریو معرفی شده، مقایسه روش های بهینه سازی انجام شده است. طی مقایسه انجام شده، مشخص گردید که روش ازدحام ذرات به دلیل استفاده از هوش مصنوعی در به روز رسانی موقعیت ذرات، مقدار کمینه شده احتمال قطع در تکرار اجرای الگوریتم مقدار ثابتی نیست. از طرفی جواب های به دست آمده طی تکرار شبیه سازی در یک محدوده قابل قبول متغیر است. برای اولین بار در این تحقیق، احتمال قطع شبکه با درنظر گرفتن نامعینی ها به صورت متغیر تصادفی گوسی، انجام شده است.

امروزه با توجه به بالا بودن تلفات شبکه انتقال و توزیع در سیستم های قدرت و افزایش آلودگی های زیست محیطی و کاهش منابع سوخت های فسیلی درنتیجه ی افزایش چشم گیر تقاضا و بالا بودن میزان آلایندگی منابع سوخت فسیلی، رویکرد تولید در محل و استفاده از منابع تولید پراکنده و تجدید پذیر راه حل مناسبی به نظر می رسد. ترکیب منابع پراکنده و منابع تجدید پذیر به عنوان یک ریزشبکه هم ازنظر اقتصادی و هم ازنظر فنی کاملاً توجیه شده است. در این میان با توجه به بالا بودن هزینه های احداث ریز شبکه، طراحی بهینه و یافتن بهترین ترکیب منابع با توجه به شرایط آب و هوایی و نوع بارهایی که باید توسط ریزشبکه تامین شوند از اهمیت بالایی برخوردار است. از میان مباحث پیرامون ریزشبکه در سال های اخیر، مسئله طراحی بهینه موردتوجه پژوهشگران، سرمایه گذاران و دانشگاهیان قرارگرفته است که تولید نرم افزارهای تخصصی و استفاده از انواع الگوریتم های بهینه سازی اهمیت این موضوع را اثبات کرده است. هدف اصلی و کار انجام شده در این پایان نامه عبارت است از برنامه ریزی بهینه ریزشبکه همراه با مدل کردن رفتار بهره برداری منابع ریزشبکه و بررسی اثرات برنامه پاسخگویی بار می باشد. یافتن نوع منابع و مطابقت آن ها با شرایط آب و هوایی محل احداث و ظرفیت بهینه اجزای ریزشبکه همراه با برنامه ریزی و بهره برداری بهینه از منابع در حضور برنامه مدیریت طرف تقاضا، از اهداف اصلی این پایان نامه می باشد که در این راستا طراحی ریزشبکه بر اساس داده های مختلف سالانه(یک روز در سال، 52 هفته در یک سال و 365 روز یک سال) و بررسی اثر اجرای برنامه پاسخگویی بار در کاهش هزینه ها و افزایش ضریب نفوذ مولدهای تجدید پذیر با کمک هزینه پرداختی توسط وزارت نیرو و تامین سه نوع بار مسکونی، تجاری و صنعتی انجام شده است. هم چنین طراحی ریزشبکه مشروط(موقت) هم دریکی از سناریوها انجام شده است. پس از اجرای برنامه و بهینه سازی ارتباط الگوی مصرف با مساله برنامه ریزی ریزشبکه و اهمیت برنامه ریزی بر اساس الگوی مصرف مشاهده شد. هم چنین طراحی ریزشبکه مشروط(موقت) بر اساس داده های یک روز در سال باعث افزایش ضریب نفوذ مولدهای تجدید پذیر از 2 درصد به 5 درصد شد که افزایش نسبتاً خوبی می باشد. در سناریوی هفتگی، اثر کمک هزینه ی پرداختی از طرف وزارت نیرو برافزایش میزان نفوذ سیستم خورشیدی بررسی شده است که

ریزشبکه یک سیستم محلی شامل واحدهای تولید پراکنده، دستگاه های ذخیره ساز انرژی و بارهای کنترل پذیر است که می تواند در دوحالت متصل به شبکه سراسری یا مستقل از آن مورد بهره برداری قرار بگیرد. حضور بارهای نامتعادل و غیرخطی از مهم ترین عواملی هستند که می توانند کیفیت توان ریزشبکه ها را به ویژه در شرایط عملکرد جزیره ای تحت تاثیر قرار دهند. هرگونه اغتشاش در سیستم های توزیع، باعث ایجاد اختلالاتی در ولتاژ می شود. از طرف دیگر به علت اینرسی پایین منابع تولید پراکنده و سرعت بالای ادوات الکترونیک قدرت، دینامیک ریزشبکه به مراتب سریعتر از دینامیک سیستم های قدرت متداول است و این احتمال ناپایداری و فروپاشی ولتاژ را چند برابر می کند. در نتیجه ارائه یک راه حل بهینه و کاربردی جهت پایداری و کنترل ولتاژ در ریز شبکه ها الزامی است. بدین منظور باید ابتدا روش های کنترل ولتاژ را بخوبی بشناسیم و سپس به مقتضای نوع سیستم، مناسب ترین روش را برگزینیم. به منظور جبران این اختلالات بر روی بارهای حساس، از ادوات مختلفی استفاده می شود. در این تحقیق بطور تخصصی تر از روش بازگرداننده ی دینامیکی ولتاژ استفاده شده -است که توانایی مقابله در برابر اثرات تغییرات ولتاژ بارهای حساس را دارد. نقش اساسی را در این روش اینورتر منبع ولتاژ ایفا می کند که وظیفه تزریق ولتاژ به بارهای حساس ریزشبکه را در هنگام بروز خطا به عهده دارد. هر اینورتر برای تزریق صحیح و رساندن ولتاژ بار به مقدار مطلوب و پایدار نیاز به یک ساختار کنترلی مناسب دارد. استفاده از کنترل کننده تناسبی_انتگرالی_مشتقگیر به علت داشتن مبنای ریاضی و ساده بودن در امر پیاده سازی نسبت به دیگر استراتژی های هوشمند کنترلی پیشنهاد بهتری به نظر می رسد. اما مشکل اصلی، ثابت بودن ضرایب کنترل کننده در طول زمان می باشد. در راستای رفع این مشکل نیز از یک کنترل کننده ی منطق فازی برای تنظیم لحظه ای ضرایب بهره گرفته ایم که در ادامه با اعمال خطا در نقطه بار، عملکرد استراتژی پیشنهادی را در کاهش افت ولتاژ و اثرات کلیدزنی مورد بررسی قرار می دهیم.

بعضی از سیستم ها دارای توابع انتقال مرتبه کسری می باشند و بعضی دیگر که دارای تابع انتقال مشخصی نیستند، با توابع انتقال مرتبه کسری بهتر مدل می شوند. از طرف دیگر نشان داده شده است که کنترل کننده های با مرتبه کسری بهتر از کنترل کننده های با مرتبه صحیح قادر به کنترل سیستم های با مرتبه کسری و نیز صحیح می باشند، به همین دلیل می توان به اهمیت بررسی حسابان کسری و طراحی کنترل کننده های با مرتبه کسری پی برد. همان گونه که در میان کنترل کننده ها با مرتبه صحیح، کنترل-کننده های PID کلاسیک به لحاظ اهمیت و کاربرد، بسیار مورد توجه قرار گرفته است، در مورد کنترل کننده PID با مرتبه کسری نیز وضع به همین منوال است. به همین جهت در این پروژه توجه خود را معطوف به این نوع خاص از کنترل کننده کرده ایم. معمول ترین روش پیاده سازی و شبیه سازی توابع انتقال با مرتبه کسری، تقریب آنها با توابع انتقال با مرتبه صحیح می باشد و روش های متعددی وجود دارد که در این پایان نامه از روش اوستالوپ استفاده شده است. در این تحقیق با استفاده از کنترل کننده مرتبه کسری دو نوع مبدل جریان مستقیم باک و بوست را کنترل کرده و نیز بااستفاده از الگوریتم بهینه سازی مقید از روش نلدر-مید سعی بر تنظیم پارامترهای کنترل کننده برای پاسخ بهینه سیستم شده است که سیستم را در برابر بسیاری از نوسانات تغییر بار،تغییر در منبع ورودی و غیره، سیستم را در حالت مد کنترلی مطلوب قرار خواهد داد و نسبت به دیگر کنترل کننده های استفاده شده برای مبدل ها به مراتب نوسانات ولتاژ خروجی کمتری خواهد داشت

با گذشت بیش از 7 دهه از پیدایش سیستم قدرت سنتی و استفاده از سوخت های فسیلی برای تولید انرژی الکتریکی، امروزه کمبود این منابع و افزایش قیمت جهانی آن ها باعث تمایل شرکت های بزرگ صنعت برق به سمت استفاده از منابع تجدید پذیر شده است و در پی آن ظهور منابع تولید پراکنده و ریزشبکه ها در سیستم قدرت، برخلاف فواید اقتصادی و زیست محیطی، مشکلات جدیدی را پیش روی سیستم قدرت و مهندسین این عرصه نهاده است. از جمله این مشکلات می توان به نوسانات ولتاژ و فرکانس هنگام وقوع رخدادهای محتمل همچون تغییرات شدید بار، جزیره ای شدن ناشی از برنامه های اقتصادی و یا خطا در سیستم قدرت مثال زد. در حالت کار جزیره ای، با توجه به عدم وجود ذخیره ی چرخان، شدت و دامنه این نوسانات و احتمال ناپایداری و فروپاشی ریزشبکه به مراتب بیشتر است. در ضمن، با توجه به اینرسی پایین منابع پراکنده موجود در ریزشبکه و نیز سرعت کلیدزنی بالای ادوات الکترونیک قدرت، دینامیک یک ریزشبکه جزیره ای به مراتب سریع تر از سیستم های قدرت متعارف است. از طرفی معمول بودن تغییر عملکرد ریز شبکه از حالت متصل به شبکه به حالت منفصل از شبکه و از طرف دیگر وجود نامعینی در تولید منابع پراکنده سبب شده است تا قرار گرفتن در شرایط اضطراری امری محتمل باشد. از این رو طراحی الگوریتمی کارا برای شرایط اضطراری و اعمال بار زدایی در شرایط لازم امری مهم است و این پایان نامه بر این مُهم متمرکز شده است. ساختار ریز شبکه مورد بررسی و مطالعه قرارگرفته است و روابط تقسیم توان مجدداً باز نویسی شده و تاثیر توان های اکتیو/راکتیو بر پارامترهای فرکانس/ولتاژ در شرایط اضطراری بررسی شده است. اهمیت توان راکتیو در کنترل اضطراری به خوبی در این تحقیق نشان داده شده است.

در سال های اخیر، با توجه به نگرانی های زیست محیطی از قبیل تولید گازهای گلخانه ایی و همچنین رو به اتمام بودن منابع سوخت های فسیلی، استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی افزایش چشمگیری داشته است. در میان منابع تجدیدپذیر، استفاده از انرژی باد برای تولید توان الکتریکی سهم بسزایی داشته است. اگرچه حضور گسترده و رو به رشد توربین های بادی در سیستم های قدرت مدرن، رفتار دینامیکی سیستم را تحت تاثیر قرار داده، و سبب افزایش پیچیدگی و عدم قطعیت در رفتار سیستم می-گردد اما از سوی دیگر، افزایش روزافزاون نفوذ منابع تولید توان بادی در سیستم های قدرت، تمایل سرمایه گذاران صنعت برق را برای جایگزین کردن این منابع با ژنراتورهای متداول افزایش می دهد. توربین های بادی مدرن درحالت عادی، به واسطه ساختار مبدل پشت به پشت استفاده شده در آن ها، توانایی مشارکت در تنظیم فرکانس سیستم قدرت را ندارند. با توجه به این واقعیت، که می توان با تجهیز مناسب این توربین ها با ساختار کنترلی مناسب، امکان مشارکت در پاسخ اینرسی و اولیه فرکانس را به دست آورد، اما تاکنون میزان تاثیر این مشارکت در سطح های نفوذ مختلف از منابع بادی، بر پاسخ فرکانس سیستم قدرت به درستی مشخص نشده است. این پژوهش، با تاکید بر فرکانس سیستم های قدرت، به بررسی و تحلیل تاثیرات مشارکت مزارع بادی با رویکردهای مشارکتی پاسخ اینرسی، پاسخ اولیه فرکانس، و مجموع پاسخ اینرسی و مشارکتی فرکانس، بر عملکرد پاسخ فرکانس سیستم قدرت و تحت نفوذهای بالا از منابع بادی، می پردازد. علاوه بر این، تاثیر کنترل هماهنگ میان مزارع بادی با نیروگاه های حرارتی شبکه بر شاخص های عملکردی پاسخ فرکانس سیستم، مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این پژوهش، ساختاری جدید برای کنترل هماهنگ پاسخ اینرسی معرفی شده و میزان کارایی این نوع کنترل با استفاده از شاخص های عملکردی کنترل اولیه فرکانس تحلیل شده است. علاوه بر این، به بررسی تاثیر مشارکت مزارع بادی با رویکردهای مشارکتی مختلف بر عملکرد پاسخ ثانویه فرکانس (با در نظر گرفتن کنترل کننده کلاسیک انتگرالی-تناسبی در حلقه ثانویه فرکانس) نیز پرداخته شده است. برای بررسی کارایی روش های کنترلی اشاره شده، از شبیه سازی حوزه زمان سیستم قدرت 39 شینه استاندارد IEEE، استفاده شده است. شبیه سازی های انجام شده در این تحقیق در محیط نرم افزار MATLAB-SimPowerSystem انجام

در طول چند دهه اخیر، با روند رو به رشد صنعتی شدن، افزایش جمعیت و در نتیجه افزایش مصارف برقی خانوارها، نیاز به تولید بیش تر برق افزایش یافته است. از سوی دیگر، کاهش سوخت های فسیلی، افزایش آلودگی و همچنین افزایش قیمت سوخت، نیاز به استفاده از منابع جدیدی برای تولید برق را ایجاد کرده اند. به علاوه، به دلیل افزایش گازهای گل خانه ای توسط منابع انرژی سنتی، پیمان کیوتو بر کاهش جهانی تولید گازهای گل خانه-ای با هدف کاهش میزان وابستگی به این منابع، فراهم شده است. منابع انرژی تجدیدپذیر به دلیل پاک و نامحدود بودن، به عنوان منابع جدید تولید برق، بسیار مورد توجه قرارگرفته اند. با این حال، طبیعت متغیر این منابع، پایین بودن اینرسی آن ها و وجود اغتشاشات سیستم های قدرت را با چالش های جدیدی روبه رو کرده است. ورود عدم قطعیت های جدید به سیستم، مانند تغییرات سرعت باد یا تابش خورشید، کنترل سیستم را به شدت تحت تاثیر قرار می دهند. علاوه بر این، به دلیل افزایش روزافزون نفوذ این منابع از جمله افزایش نفوذ توان بادی به سیستم های قدرت، تاثیر این توان ها بر روی کنترل فرکانس اهمیت زیادی پیدا کرده است، چرا که به علت اینرسی پایین این منابع، اغتشاشی کوچک بر پارامترهای مهمی از جمله فرکانس تاثیر می گذارند. لذا باید استراتژی های کنترلی جدید برای حفظ فرکانس در محدوده مشخص اتخاذ شود. استانداردهای عملکرد کنترل، شاخص هایی برای ارزیابی عملکرد کنترل فرکانس در سیستم های قدرت هستند. این شاخص ها برای تعیین کیفیت عملکرد کنترل فرکانس و توزیع مسئولیت کنترل فرکانس میان نواحی کنترلی معیارهای مهمی به شمار می آیند. هر ناحیه کنترلی موظف است در این استانداردها را رعایت کند، پیروی از این استانداردها باعث افزایش قابلیت اطمینان، کاهش فرسودگی تجهیزات، افزایش عمر آن ها و درنتیجه کاهش هزینه های سوخت خواهد شد. عدم تبعیت هر ناحیه کنترلی از این شاخص ها، منجر به جریمه های گزافی خواهد شد. افزایش نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر به دلیل ماهیت متغیر آن ها، ممکن است از مطابقت نواحی کنترلی با استانداردهای عملکرد کنترل بکاهد. در این پژوهش، ابتدا تاثیر نفوذ توربین های بادی به عنوان فراگیرترین منبع تجدیدپذیر بر استانداردهای عملکرد کنترل بررسی می شود. سپس، کنترل فرکانس در حضور این منابع به چند روش مختلف انجام شده، و در نهایت روش های جدیدی برای کنت

تا به امروز ماشین های سنکرون الکترومکانیکی، نقش اصلی را در بین ادوات تولید توان الکتریکی ایفا نموده اند.مشخصه خاص این ژنراتورها سبب پایداری نسبتاً بالای شبکه های بزرگ و توازن اتوماتیک توان می شود. پایداری فرکانس توسط ترکیبی از اینرسی گردشی (جرم رتورها) در ماشین های سنکرون شبکه و یک الگوریتم کنترلی که روی سرعت تعدادی از ژنراتورهای سنکرون اصلی عمل می کند، اجرا می شود. هنگامی که واحدهای غیرسنکرون کوچک، بخش زیادی از ظرفیت تولید توان سنکرون را به خود اختصاص می دهند، اینرسی چرخشی ژنراتورهای سنکرون به طور چشمگیری کاهش می-یابد. این مساله سبب ایجاد انحرافات فرکانس بزرگ شده که می تواند منجر به ناپایداری سیستم شود.یک روش پایداری فرکانس منابع غیرسنکرون، ترکیب الکترونیک قدرت با رفتار ماشین سنکرون است. در این پروژه، اینورترها به شیوه ای کنترل شده اند که نسبت به شبکه مانند یک ژنراتور سنکرون مجازی عمل می نمایند تا انحرافات فرکانس شبکه با درصد مشارکت منابع پراکنده را کاش دهند. از آنجایی که استفاده از یک اینورتر امکان کنترل انعطاف پذیر توان تبادلی با شبکه و هم چنین کنترل شکل موج های ولتاژ و جریان را فراهم می کند. ممکن است که کنترل اینورتر به روشی اصلاح شود که رفتار یک ژنراتور سنکرون را داشته باشد. به این منظور می بایست یک منبع ذخیره انرژی متصل به اینورتر (مستقیماً از لینک DC، یا توسط مبدلDC-DC) وجود داشته باشد. طرح کنترلی، تبادل توان اکتیو بین اینورتر و شبکه را معین می کند و امکان ایجاد رفتار یک ماشین سنکرون را فراهم می کند. یک اینورتر با منبع ذخیره انرژی، که به این روش کنترل می شود یک ژنراتور سنکرون مجازی است. در این تحقیق، یک ژنراتور سنکرون مجازی با هدف کنترل توان اکتیو و کنترل فرکانس در ریزشبکه ارائه شده است و چند کنترل کننده ژنراتور مجازی (کنترل اینرسی مجازی، کنترل رتور مجازی، کنترل اولیه مجازی و کنترل ثانویه مجازی) معرفی شده اند. تاثیر موثر VSG در فرونشاندن اغتشاشات نشان داده شده است.

افزایش جمعیت، توسعه شهرها و روستاها و توسعه مراکز صنعتی و تجاری، باعث افزایش روز افزون نیاز به انرژی الکتریکی شده است. به دلیل افزایش گازهای آلاینده هوا، هزینه بسیار زیاد توسعه شبکه های سنتی و از سوی دیگر با در اختیار داشتن انرژی های بادی و خورشیدی دیگر به صرفه نیست که از شبکه های سنتی برای تامین انرژی الکتریکی استفاده کرد. بنابراین در دو دهه گذشته از منابع تولید انرژی پراکنده، مخصوصا منابع انرژی تجدیدپذیر که هم از لحاظ اقتصادی و هم از لحاظ میزان تولید گازهای آلاینده بسیار مناسب تر هستند استفاده شده است. با کنار هم قرار گیری این منابع تولید انرژی پراکنده، مفهوم جدیدی در شبکه های قدرت به نام ریزشبکه معرفی شده است. ریزشبکه ها اگرچه مزایای زیادی دارند اما چالش های جدیدی را در زمینه کنترل توان اکتیو، توان راکتیو، ولتاژ، فرکانس و همچنین بازارهای فروش انرژی الکتریکی به وجود آورده اند. تاکنون مقالات و کتابهای زیادی برای رفع چالش های موجود در ریزشبکه ها به چاپ رسیده است اما هنوز مشکلاتی در زمینه کنترل، برنامه ریزی و بهره-برداری ریزشبکه ها وجود دارد که نیازمند مطالعات و تحقیقات بیشتر می باشد. با توجه به مطالب ذکر شده و اهمیتی که ریزشبکه ها در سیستم های قدرت دارند، تاکنون مطالعات زیادی در زمینه های اقتصادی و بازارهای فروش انرژی، نحوه مدل کردن، استراتژی های کنترلی و پایداری ریزشبکه ها انجام گرفته است و در حال حاضر در آزمایشگا ه های مختلفی در سراسر دنیا عملکرد ریزشبکه ها در حال بررسی است. کنترل ثانویه فرکانس بحث مهمی در کنترل ریزشبکه ها می باشد که در این پژوهش تلاش بر آن است تا با طراحی مکانیسم کنترلی جدید و کارا روش موثری برای کنترل ثانویه فرکانس ریزشبکه با مشارکت هماهنگ بیش از یک مولد ارائه شود.

یکی از مهم ترین دغدغه های تولیدکنندگان انرژی الکتریکی در سال های اخیر، مشکلات ناشی از واحدهای تولیدی سنتی (واحدهای تولیدی بزرگ و عمدتاً با سوخت فسیلی) می باشد. کاهش سوخت های فسیلی و هزینه های بالای احداث نیروگاه ها و خطوط انتقال در شبکه، موجب شده-است تا استفاده بیشتر از منابع تولید پراکنده ( DG) در دستور کار قرار گیرد. در این منابع تولیدی، عمدتاً از منابع انرژی پاک و تجدیدپذیر مانند باد و خورشید استفاده می شود. نفوذ زیاد این واحدهای تولیدی کوچک به شبکه، علاوه بر مزایای بسیار آن از قبیل: نزدیکی تولید انرژی به مصرف کننده گان و انعطاف پذیری بالای شبکه به واسطه ی عملکرد آن چه در حالت متصل به شبکه توزیع و چه در حالت منفصل بودن؛ چالش هایی را برای کنترل و مدیریت شبکه به وجود می آورد. افزایش پیچیدگی شبکه های الکتریکی، اختلال در تعادل و تقارن شبکه و بر هم خوردن هماهنگی های حفاظتی در شبکه جزء این چالش ها می باشند. به منظور تحلیل و بررسی شبکه-های الکتریکی در حضور منابع تولید پراکنده، از مفهوم ریز شبکه ها استفاده شده است. بدنبال وقوع یک اغتشاش بزرگ در شبکه سراسری، برای جلوگیری از خاموشی، اقدامات کنترل اضطراری باید انجام گیرند. ولتاژ و فرکانس، ابزارهای مهم تصمیم گیری هستند که به طور مکرر در استراتژی کنترل اضطراری به کار گرفته می شوند. با وجود چالش های مطرح شده در ریز شبکه ها، طراحی کنترل کننده های کارآمد در این شبکه ها امری اجتناب ناپذیر محسوب می شود. اساس طراحی کنترلی در ریز شبکه ها بایستی به نحوی باشد که بتوانند بارهای محلی را در هر دو حالت قطع و وصل از شبکه سراسری تغذیه نمایند. بارزدایی یکی از رایج ترین روش های کنترلی در شرایط اضطراری است که در طرف بار قرار دارد و مربوط به زمان هایی است که تولید موجود، توانایی تغذیه بار را نداشته باشد. در این پایان نامه الگوریتمی جامع ارائه شده است که در آن بسته به سیستم مورد مطالعه از هر دو شاخص ولتاژ و فرکانس استفاده شده است. در ریز شبکه ها به دلیل اینرسی پایین سیستم نرخ تغییرات فرکانس (ولتاژ) نوسانات زیادی دارند در نتیجه فاکتور مناسبی برای تصمیم گیری نیستند لذا در این پایان نامه فاکتور جدیدی تحت عنوان میانگین افت تغییرات فرکانس (ولتاژ) معرفی شده است که بر اساس آن میزان بارزدایی و زمان بارزدایی تعیین می شوند. درادامه اثر تغییر نوع بار بر زم

در این پایان نامه عملکرد کنترلی هماهنگ شده بر اساس منطق فازی برای تنظیم کننده خودکار ولتاژ و پایدارساز سیستم قدرت، به منظور حفظ پایداری و تنظیم ولتاژ پس از اغتشاشات شدید در سیستم قدرت چند ماشینه نشان داده شده است. بهره های تنظیم کننده خودکار ولتاژ و پایدارساز سیستم قدرت می توانند بعد از اغتشاشات به صورت سازگار برای تضمین پایداری تغییر کنند. برای تغییر بهره ها، حداقل یک ژنراتور تاثیرگذار در هر ناحیه به کنترل کننده فازی مجهز شده-است. کنترل کننده فازی تغییرات نرمالیزه ولتاژ و زاویه رتور را به عنوان ورودی از ژنراتور می گیرد و بهره های تنظیم کننده خودکار ولتاژ و پایدارساز سیستم قدرت را به عنوان خروجی تولید می کند. ساختار توابع عضویت و قوانین فازی به منظور تنظیم بهینه بهره ها در متن پایان نامه توضیح داده-شده است. کنترل کننده فازی پیشنهادشده به دو سیستم قدرت 11 و 39 باسه اعمال شده است. نتایج شبیه سازیها، اثربخشی و مقاوم بودن این روش را در برابر اغتشاشات شدید نشان می دهند. در بخش بعدی این پایان نامه نشان داده شده است که کنترل کننده فازی مورد نظر به همراه جبران کننده وار استاتیکی، پایداری گذرای سیستم قدرت را در سطوح مختلف نفوذ منابع بادی سرعت ثابت بهبود داده اند. توربین های بادی سرعت ثابت در اغتشاشات شدید به وسیله سیستم حفاظت از شبکه جدا می شوند. قطع شدن این منابع در نفوذ بالا تهدیدی برای پایداری گذرای سیستم قدرت محسوب می شود. نتایج شبیه سازیها نشان می دهند که پایداری گذرا در سیستم قدرت 11 باسه با استفاده از کنترل کننده فازی و بدون حضور جبران کننده وار استاتیکی، تا 50 مگاوات تولید برای توربین های بادی سرعت ثابت بهبود می یابد. این میزان تولید برای منابع بادی بسیار کم است و معمولا در سیستم های قدرت امروزی میزان نفوذ آنها بسیار بالا می رود. برای نفوذ بیشتر این منابع لازم است که از جبران کننده وار استاتیکی در ترمینال این توربین ها استفاده شود. همچنین نشان داده شده است که برای سطوح نفوذ خیلی بالا بهره کنترلی جبران کننده باید افزایش یابد.

به دسته ای از دینامیک های پنهان سیستم که خروجی را در صفر نگه می دارند، دینامیک های صفر سیستم می گویند. این دینامیک ها از خصوصیات ذاتی سیستم هستند. مطالعه دینامیک های صفر نقش بسیار مهمی در مسائل کنترل دارد. به نظر می رسد الگوریتم های ارائه شده برای محاسبه این دینامیک ها در سیستم های مرتبه بالا چندان کار . برای پایدارسازی سیستم ها با دینامیک صفر ناپایدار تکنیک هایی ارائه شده است، اما هنوز برای این مسئله یک راه حل سیستماتیک وجود ندارد. علاوه بر این گاهی تمام حالت های سیستم در دسترس نیستند. در مواجهه با چنین مسئله ای دو روش وجود دارد: 1- با استفاده از رویتگر، دینامیک هایی به سیستم اضافه شود. 2- از فیدبک خروجی استفاده شود. البته روش دوم ساده تر، ارزان تر، مطمئن تر و انعطاف پذیرتر است. در حالت کلی طراحی کنترل کننده های استاتیکی به دلیل اینکه قوانین خاصی برای طراحی چنین کنترل کننده هایی وجود ندارد، کار ساده ای نیست. بنابراین ممکن است بتوان برای سیستم ها با دینامیک های صفر ناپایدار ابتدا کنترل کننده دینامیکی طراحی کرد، آنگاه آن را به کنترل کننده استاتیکی تبدیل نمود

در بسیاری از کاربردهای صنعتی نیاز به تبدیل یک منبع DC با ولتاژ ثابت به یک منبع DC با ولتاژ متغیر می باشد. چاپر DC وسیله ای است که مستقیماً DC را به DC تبدیل می کند و با نام مبدل DC به DC نیز شناخته می شود. چاپر را می توان معادل DC یک ترانسفورماتور AC با نسبت حلقه های قابل تغییر به صورت پیوسته در نظر گرفت. مشابه ترانسفورماتور، چاپر می تواند جهت افزایش یا کاهش پله ای ولتاژ منبع DC به کار گرفته شود. چاپرها به صورت گسترده ای برای کنترل موتور در اتومبیل های الکتریکی، چنگال های بالا برنده، حفر معدن و غیره به کار می روند. از مشخصات آن ها، کنترل دقیق شتاب، بازده بالا و پاسخ دینامیکی سریع می باشد. چاپرها در رگولاتورهای ولتاژ DC نیز استفاده می شوند و به همراه یک سلف به منظور ایجاد یک منبع جریان DC خصوصاً برای اینورتر منبع جریان نیز به کار می روند. با گسترش کاربرد رگولاتورهای DC و نیاز به سطوح ولتاژ بالاتر، مبدل های چند طبقه مورد توجه قرار گرفته اند. مبدل های چند طبقه نیازمند ساختار کنترلی پیچیده تر هستند. کنترل کننده های کلاسیک بر اساس شرایط کار نامی طراحی می شوند. به طور معمول، مبدل در معرض اغتشاش، عدم یکنواختی منبع ورودی، تغییرات ناگهانی بار خروجی و دیگر عدم قطعیت ها می باشد که باعث تغییر نقاط کار نامی مبدل می گردند. کنترل کننده های کلاسیک نمی توانند پاسخ مناسبی برای نقاط کار متعدد داشته باشند؛ پس به کنترل کننده های مقاوم و کارآمدتر نیاز است. در این پایان نامه ساختار کنترلی مقاوم، کارا و در عین حال ساده مورد بررسی قرار گرفته است. از تئوری کنترل مقاوم خاریتانف برای طراحی و مفهوم پایداری برای تنظیم کنترل کننده استفاده شده است. کارآمدی این روش کنترلی به وسیله شبیه سازی در حوزه زمان به روی سیستم نمونه بررسی شده است.

منابع تجدیدپذیر انرژی مانند باد، خورشید، و هیدروژن نقش مهمی را در زمینه ی داشتن هوایی پاکیزه، کاهش هزینه های توزیع و انتقال، و افزایش بازده ی انرژی در سیستم های قدرت آینده ایفا می کنند. به عنوان یک راه حل برای گسترش استفاده از این منابع، سیستم های کوچک انرژی به نام ریزشبکه ها پدیدار شدند که نوع خاصی از سیستم های الکتریکی در سطح ولتاژ پایین و متوسط را تشکیل می دهند. به دنبال حضور منابعی با مشخصات تولیدی متفاوت با آنچه در سیستم های مرسوم وجود دارد، نقش واسطه های الکترونیک قدرت در ساختار ریزشبکه ها پررنگ شد. حضور هم زمان چندین منبع انرژی با طبیعت متغیر، اینرسی کم ریزشبکه ناشی از حضور واسطه ها و توانایی عملکرد در هر دو مد متصل و منفصل از شبکه توجه به مسایلی مانند امنیت، بازده و پایداری در ریزشبکه ها را افزایش داده است. بنابراین، ارزیابیِ دوباره ی ساختارهای کنترلی و حفاظتی در ریزشبکه ها مسایلی هستند که با حضور این منابع و واسطه هایشان مطرح می شوند. کنترل و عملکرد یک ریزشبکه به ویژه در مد منفصل و زمانی که ریزشبکه از شبکه ی اصلی ایزوله می شود چالش -برانگیز است. در این رساله ابتدا، بعضی ملاحظات در باره ی مولدهای پراکنده بیان شده است. سپس، یک روش کنترلی برای هر دو مد متصل و منفصل ارایه می شود، به گونه ایی که ریزشبکه بتواند بارهای محلی را در هر دو حالت وصل و قطع از شبکه سراسری تغذیه نماید. هم چنین، یک طرح بارزدایی به عنوان یکی از روش های کنترل اضطراری متعاقب اغتشاشات شدید مطرح می شود. الگوریتم پیشنهادی با استفاده از هر دو شاخص ولتاژ و فرکانس تحقق می یابد. فرکانس و نرخ تغییر آن به عنوان فاکتوری برای شروع الگوریتم و جلوگیری از بارزداییِ غیرضروری استفاده شده است. میزان بارزدایی بر اساس کاهش ولتاژ و جدولی به نام جدول مراجعه تعیین می شود. هم-چنین، نشان داده شده است که محل بارزدایی می تواند بر میزان بارزدایی تاثیرگذار باشد.

طبیعت انواع متنوعی از بینایی دیدگسترده را در برخی از موجودات زنده ارایه نموده است. قابلیت های این نوع از بینایی و افزایش قدرت پردازش رایانه‎ها و کاهش هزینه تجهیزات ویدئویی باعث شده که در بینایی ماشین این موضوع مورد توجه قرار گیرد. جذابیت و توانایی‎های منحصر به فرد این نوع از بینایی باعث شده که محققین زیادی در این زمینه فعالیت کنند و هر کدام به جنبه‎ای خاص از این نوع بینایی بپردازند. از سوی دیگر به دلیل مشکلات ذاتی که این نوع از بینایی با آن مواجه است باعث شده که تصاویر خروجی سیستم های دیدگسترده ایدال نباشند. از جمله این مشکلات می‎توان به رزولوشن موثر کمتر و اعوجاج جانبی اشاره نمود. از سوی دیگر بسیاری از محققان بینایی کامپیوتر به سیستم‎های تصویر برداری پرسپکتیو معمولی با زاویه دید محدود و رزولوشن نقطه‎ای بالا روی آورده‎اند. این سنسورهای نوری اطلاعات زیادی را از بخش محدودی از فضای صحنه فراهم می‎کنند و به دلیل رزولوشن بالا و نبودن اعوجاج در تصویر می‎توانند برای بسیاری از الگوریتم‎های بینایی ماشین همانند شناسایی و تعقیب اشیاء در تصویر، عالی عمل کنند. اما محدود بودن زاویه دید و کسب اطلاعات فضای زاویه‎ای کوچک صحنه در هر لحظه از زمان باعث شده که این نوع از بینایی در بسیاری از کاربردها نتواند بصورت مطلوب عمل نمایند. هدف اصلی این پایان نامه طراحی و ساخت یک سیستم تصویربرداری ایدآل است که علاوه بر پوشش فضای زاویه ای 360 درجه‎ای محیط، بتواند به صورت هماهنگ و کنترل شده یک تصویر با رزولوشن بالا از ناحیه مورد نظر از فضای کاری سیستم تصویر برداری را تهیه نماید. به همین منظور ایده استفاده از یک سیستم ترکیبی شامل یک سیستم تصویر برداری کاتادیوپتریک ویژه متشکل از یک دوربین و آینه هذلولی برای ایجاد تصویر دیدگسترده، و یک دوربین پرسپکتیو متحرک مطرح شده است. سیستم بینایی دیدگسترده پیشنهاد شده دارای بخش‎های سخت افزاری و نرم افزاری مختلفی برای سنکرون کردن هر دو نوع بینایی می باشد. در این پایان‎نامه روند طراحی، ساخت، و کالیبراسیون و سنکرون کردن این سیستم بینایی پیشنهادی بررسی خواهد شد و راهکارهای مناسب در هر حوزه ارائه می شود. بینایی دیدگسترده ترکیبی پیشنهادی، یک روش جدید بینایی است. این سیستم بینایی می‎تواند سنسور‎ ارزشمندی در زمینه روبات های متحرک باشد، چرا که این سنسور می‎توانند در یک فریم

اساس طراحی کنترلی در ریزشبکه ها بایستی به صورتی باشد که بتوانند بارهای محلی را در هر دو حالت وصل و قطع از شبکه سراسری تغذیه نمایند. پس وجود یکسری کنترل کننده های محلی و مرکزی بین ریزشبکه و شبکه سراسری الزامی است. در حالت مرسوم این کنترل کننده ها بر اساس شرایط کار نامی و آرامش سیستم قدرت، برای یک بار در مقادیر مشخصی تنظیم شده و در سیستم قرار می گیرند. اما بنا به طبیعت نوسانی منابع انرژی ریزشبکه ها و اینرسی پایین این شبکه ها، کنترل کننده های کلاسیک انتگرالی-تناسبی (PI) نمی توانند پاسخ مناسب خود را در گستره وسیعی از نقاط کار حفظ کنند. زیرا در این شبکه ها، اغتشاشات متداول سیستم های قدرت، می تواند آرامش و نقطه کار را به راحتی تغییر دهند، پس به روش های کنترلی کارآمدتر و هوشمندتر بیش از پیش احتیاج است. بر همین اساس در این پایان نامه، پایداری فرکانس و ولتاژ ریزشبکه ها با استفاده از روش های کنترل مقاوم و کنترل هوشمند مورد بررسی قرار گرفته است. از شبکه های عصبی مصنوعی و منطق فازی به همراه الگوریتم ازدحام ذرات1 در امر کنترل فرکانس ریزشبکه ها، به منظور تنظیم بهنگام کنترل کننده های کلاسیک کمک گرفته شده است. همچنین از تئوری های کنترل مقاوم همانند تئوری خاریتانف2 و مفهوم پایداری حوزه ای3، برای تنظیم کنترل کننده ولتاژ در ریزشبکه ها، استفاده شده است. در هر کدام از این روش ها، عملکرد و کارایی مطلوب تر روش های کنترلی پیشنهادی نسبت به روش های رایج، بوسیله شبیه سازی حوزه زمان بروی سیستم های آزمون جداگانه بررسی شده است.

حضور منابع پراکنده و ریزشبکه ها در سیستم قدرت، علی رغم مزایای فراوان اقتصادی و زیست محیطی، مشکلات جدیدی را به سیستم قدرت اضافه کرده اند. از جمله این مشکلات می توان نوسانات ولتاژ و فرکانس هنگام وقوع رخدادهای محتمل همچون تغییرات شدید بار و یا خطا در سیستم قدرت را نام برد. در حالت کار جزیره ای، با توجه به عدم وجود توان پشتیبان، شدت و دامنه این نوسانات و احتمال ناپایداری و فروپاشی ریزشبکه به مراتب بیشتر است. در ضمن، با توجه به اینرسی پایین منابع پراکنده موجود در ریزشبکه و نیز سرعت کلید زنی بالای ادوات الکترونیک قدرت، دینامیک یک ریزشبکه جزیره ای به مراتب سریعتر از سیستم های قدرت مرسوم است. لذا وجود یک ساختار کنترلی کارا با عملکرد سریع هنگام وقوع اغتشاش در سیستم ضروری است. در این تحقیق چندین روش هوشمند روی حلقه های کنترل اولیه ولتاژ و فرکانس و همچنین حلقه کنترل ثانویه فرکانس اعمال می شود. در روش کنترل اولیه (کنترل افت) معیاری ارائه می شود که با استفاده از پارامترهای خط تحت تغییرات شدید بار به هماهنگی میان کنترل ولتاژ و فرکانس به صورت همزمان می پردازد. سپس با استفاده از ابزارهای قدرتمندی همچون الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات و کنترل کننده های فازی-عصبی ساختار پیشنهادی بهبود داده می شود. در ادامه، با اضافه نمودن یک حلقه کنترل حالت گذرا به روش پیشنهادی، جریان خروجی منابع پراکنده اینورتری هنگام وقوع خطا در سیستم توزیع (خطاهای داخل و خارج ریزشبکه) محدود می شود که منجر به پایداری گذرای ریزشبکه می شود. به دلیل استفاده از منابع تجدید پذیر انرژی و نیز اینرسی پایین ریزشبکه ها، با کوچک ترین اغتشاشی، پارامترهای اساسی از جمله فرکانس تحت تاثیر قرار خواهند گرفت. در عمل کنترل فرکانس توسط کنترل کننده های ثانویه تناسبی-انتگرالی انجام می شود. هر چند که این کنترل کننده ها اقتصادی و استفاده از آن ها ساده است، اما بنا بر دلایلی که ذکر شد همیشه بهترین گزینه نخواهند بود. راه حل ممکن که هم از این کنترل کننده ها استفاده شود و هم بتوان بر مشکلات آن ها غلبه کرد، این است که ضرایب کنترلی این کنترل کننده ها بسته به تغییرات حاصله در سیستم، تصحیح شوند. در فصل آخر این تحقیق، با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی پارامترهای یک کنترل کننده تناسبی-انتگرالی به صورت لحظه ای، بر اساس تغییرات حاصله در سیستم، تنظیم

در چند سال اخیر به انرژی های تجدید پذیر برای تولید انرژی برق توجه زیادی شده است. یکی از مهمترین و پر کاربردترین نوع این انرژی ها، انرژی باد است. در مطالعات اخیر نشان داده شده که افزایش استفاده از انرژی باد، باعث به وجود آمدن چالش هایی برای سیستم می شود. یکی از این چالش ها مسئله کنترل فرکانس است. در ده سال گذشته، مطالعاتی بر روی مشارکت نیروگاه های بادی در پاسخ اینرسی سیستم و همچنین کنترل اولیه فرکانس صورت گرفته است. اما در زمینه مشارکت نیروگاه های بادی در کنترل بار- فرکانس، کارهای جدی صورت نگرفته است. در این پروژه، ابتدا با اضافه کردن یک حلقه کنترلی به ساختار کنترلی واحدهای بادی سرعت متغیر از دو سو تغذیه، قابلیت مشارکت این واحدها در کنترل فرکانس ثانویه بر روی سیستمی مشابه با ساختار سیستم 9 شینه استاندارد IEEE مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه، به بررسی افزایش میزان توان بادی بر روی کنترل بار- فرکانس سیستم پرداخته می شود و سعی شده که اثرات نامطلوب تزریق بالای توان بادی بر روی کنترل بار- فرکانس جبران شود. امروزه برای کنترل بار – فرکانس سیستم قدرت از کنترل کننده های تناسبی- انتگرالی (PI) استفاده می شود. اما با افزایش واحدهای بادی، به دلیل نوسانات خروجی این واحدها، تنظیم کردن پارامترهای این کنترل کننده ها به روش آزمایش و خطا کاری دشوار و غیر دقیق است. در این پروژه، برای تنظیم پارامترهای کنترل کننده های بار– فرکانس و جهت ایجاد هماهنگی بین واحدهای بادی و واحدهای با ژنراتورهای سنکرون از یک الگوریتم هوشمند جدید بنام الگوریتم رقابت استعماری استفاده شده است. برای بررسی کارایی این الگوریتم هوشمند، از سیستمی با ساختار مشابه سیستم استاندارد 39 شینه IEEE استفاده شده است.

با فراگیر شدن تنظیم کننده های خودکار ولتاژ در سیستم های قدرت، نوع جدیدی از ناپایداری تحت عنوان ناپایداری نوسانی یا سیگنال کوچک در سیستم های قدرت نمایان شد. پایدارسازهای سیستم قدرت جهت حذف نوسانات فرکانس پایین و در نتیجه بهبود پایداری سیگنال کوچک به سیستم های قدرت افزوده شدند. با توجه به تناقض موجود بین رفتار این دو کنترل کننده، هماهنگی بین این دو جهت حفظ پایداری تحت شرایط کاری متفاوت امری ضروری بنظر می رسد. امروزه استفاده از انرژی باد بیش از سایر منابع تجدیدپذیر انرژی مورد توجه قرار گرفته و گسترش روزافزونی یافته است. ورود توربین های بادی به سیستم های قدرت و تاثیرات قابل توجه این توربین ها بر روی دینامیک سیستم و همچنین افزایش عدم قطعیت های حاکم بر سیستم، نیاز به یک تحلیل دینامیکی جامع و همچنین معیاری مناسب و مستقل از نوع خطا و سیستم مورد مطالعه جهت هماهنگی بین این کنترل-کننده ها در سیستم های قدرت بزرگ متصل بهم را بیش از پیش حائز اهمیت ساخته است. این تحقیق به ارائه روش کنترلی و معیاری جدید جهت هماهنگی پایدارساز سیستم قدرت و تنظیم-کننده خودکار ولتاژ در سیستم های قدرت با مقیاس بزرگ می پردازد. معیار ارائه شده با استفاده از رفتار سیستم پس از وقوع خطا و نحوه حرکت سیستم در صفحه تغییرات زاویه رتور ژنراتور (فاز) – تغییرات ولتاژ ترمینال ژنراتور (پرتره ای از فضای حالت سیستم)، ابزاری قدرتمند و مستقل از سیستم مورد مطالعه را برای هماهنگی معرفی می نماید. معیار ارائه شده بوسیله معادلات ریاضی حاکم بر سیستم قدرت حاصل شده و جهت طراحی کنترل کننده ای مقاوم مورد استفاه قرار داده می شود. الگوریتم کنترلی ارائه شده با ترکیب دو استراتژی کلیدزنی و بازخور منفی روشی مقاوم در برابر تغییرات بار/تولید را فراهم آورده است. استراتژی کلیدزنی مورد استفاده در این تحقیق بر خلاف روش های کلیدزنی زمان ثابت با استفاده از رفتار سیستم و بر اساس زاویه بین تغییرات ولتاژ و تغییرات فاز به بهبود عملکرد سیستم بازای هر خطای محتمل کمک می-کند. عملکرد مقاوم و مطلوب کنترل کننده ارائه شده بازای تغییرات تولید و بار در سیستم استاندارد 68 شینه IEEE، تایید کننده محاسبات ریاضی انجام شده است. روش ارائه شده در حضور انرژی باد به الگوریتمی جهت هماهنگی پایدارساز سیستم قدرت، تنظیم کننده خودکار ولتاژ و ادوات جبران ساز توان راکتیو تبدی

در دهه های اخیر تمایل فراوان جهت استفاده از انرژی های نو به دلیل محدود بودن منابع انرژی متداول نظیر سوخت های فسیلی و اورانیوم و اثرات نامطلوب آنها روی محیط زیست، ایجاد شده است. از مجموعه انرژی های نو، بکارگیری انرژی باد رشد سریع تری را داشته است. همزمان با افزایش استفاده از این نیروگاهها، بررسی تاثیرات آنها بر دینامیک و کنترل سیستم های قدرت و جستجوی راه حل های بهبود عملکرد آنها، اهمیت بیشتری یافته است. در این پایان نامه، با معرفی سیستم های مبدل انرژی باد، آمار استفاده از انرژی باد در کشورهای مختلف اشاره شده و ضمن تشریح مدل های دینامیکی و حلقه های کنترلی مرتبط با فناوری های مختلف توربین های بادی؛ پایداری و مشکلات دینامیکی سیستم قدرت با حضور مزارع بادی؛ بررسی شده است. همچنین شبکه انتقال برق استان کردستان به عنوان سیستم نمونه مورد مطالعه انتخاب شده و رهیافت تحلیلی جهت ارزیابی پتانسیل نصب مزارع بادی و انجام بررسی های مقدماتی اقتصادی ارائه شده است. در ادامه، تاثیر توان بالای ناشی از مزارع بادی بر دینامیک و عملکرد سیستم قدرت بر حسب فن آوری های مختلف توربین های بادی، شامل سرعت ثابت، سرعت متغیر و مجهز به ژنراتور القایی از دو سو تغذیه شونده بررسی شده است. پایداری سیستم قدرت با اتصال مزارع بادی مورد تحلیل قرار گرفته و نیاز به بهبود کنترل های متداول و استاندارد های عملکرد مورد تاکید قرار گرفته است. سرانجام طرح کنترلی جدیدی برای بهبود پایداری سیستم با استفاده از جبران ساز استاتیکی و وسایل ذخیره کننده انرژی پیشنهاد شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که استان کردستان، پتانسیل نصب نیروگاههای بادی را داراست و جبران ساز دینامیکی در بهبود پایداری گذرای شبکه انتقال برق استان متصل به نیروگاههای بادی و دفع نوسانات ولتاژ ناشی از نوسانات توان تزریقی این نیروگاهها به شبکه بسیار موثر است. نتایج شبیه سازی همچنین، اعتبار طرح کنترلی پیشنهادی برای ترکیب جبران ساز استاتیکی و باتری به منظور دفع نوسانات ولتاژ و فرکانس را نشان می دهد.

با افزایش چشمگیر توان بادی و ظهور منابع جدید انرژی الکتریکی در دو دهه ی اخیر، کنترل فرکانس به عنوان یکی از مهم ترین چالش ها در سیستم های قدرت به هم پیوسته بیش از پیش مورد توجه قرار می گیرد. حضور گسترده ی توربین های بادی در سیستم های قدرت مدرن، رفتار دینامیکی سیستم را تحت تاثیر قرار داده، و سبب افزایش پیچیدگی و عدم قطعیت در رفتار سیستم می گردد. از سوی دیگر، طبیعت متغیر و غیر قابل کنترل توان خروجی توربین های بادی، عدم تعادل مضاعفی را بر سیستم تحمیل می کند و سبب انحراف فرکانس از مقدار نامی آن می شود. از این رو، با گسترش حضور توربین های بادی در سیستم های قدرت، مطالعه ی تاثیر آنها بر عملکرد و کنترل فرکانس این سیستم ها مورد توجه قرار می گیرد. این پژوهش، با تاکید بر فرکانس سیستم های قدرت به بررسی اثر توربین های بادی بر عملکرد کنترل بار- فرکانس و معرفی برخی چالش های پیش رو، جهت افزایش حضور آنها در سیستم های قدرت می پردازد. با توجه به ناتوانی کنترل کننده ها ی متداول تناسبی-انتگرالی در دستیابی به نتایج مطلوب در حضور توربین های بادی، دو کنترل کننده ی فازی غیر متمرکز جهت کمینه کردن همزمان انحراف فرکانس و تغییرات توان تبادلی بین نواحی کنترلی که اهداف اصلی کنترل بار- فرکانس در سیستم های قدرت به همپیوسته را تشکیل می دهند، طراحی و ارائه شده است. همچنین، به منظور دستیابی به عملکرد بهینه، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات جهت تعیین پارامترهای توابع عضویت کنترل کننده ی فازی استفاده شده است. ملاحظات فیزیکی و مهندسی در فرایند طراحی در نظر گرفته شده و به منظور بررسی کارایی کنترل کننده ها ی پیشنهادی از شبیه سازی حوزه ی زمان سیستم قدرت 39 شینه استفاده شده است. در نهایت، نتایج به دست آمده با نتایج یک کنترل کننده ی کلاسیک در پاسخ به وقوع اختلال بار، مقایسه می گردد.

Re-evaluation of emergency control and protection schemes for distribution and transmission networks are one of the main problems posed by wind turbines in power systems. Change of operational conditions and dynamic characteristics influence the requirements to control and protection parameters. Introducing a significant wind power into power systems leads to new undesirable oscillations. The local and inter-modal oscillations during large disturbances can cause frequency and voltage relays to measure a quantity at a location that is different to the actual underlying system voltage and frequency gradient. From an operational point of view, this issue is important for those networks that use the protective voltage and frequency relays to re-evaluate their tuning strategies. In this dissertation first, an overview of the key issues in the use of high wind power penetration in power system emergency control is presented. The impact of wind power fluctuation on system frequency, voltage and frequency gradient is analyzed. The need for the revising of tuning strategies for frequency protective relays, automatic under-frequency load shedding (UFLS) and under-voltage load shedding (UVLS) relays are also emphasized. In the present dissertation, necessity of considering both system frequency and voltage indices to design an effective power system emergency control plan is shown. Then, an intelligent artificial neural network (ANN) based emergency control scheme considering the dynamic impacts of wind turbines is proposed. In the developed algorithm, following an event, the related contingency is determined by an appropriate ANN using the online measured tie-line powers. A comprehensive voltage stability analysis in the presence of the wind turbines is presented. Another intelligent ANN is used to examine the stability margin by estimating the system powervoltage (P-V) curves. The system frequency gradient and stability information are properly used by an effective load shed

در این پایان نامه، از کنترل کننده های هوشمندی استفاده شده است که در ساختار آن ها، از استانداردهای عملکرد کنترل بهره گرفته شده است تا علاوه بر کنترل مناسب بار-فرکانس، از این استانداردها پیروی کنند. نتایج نشان داد با به کارگیری استانداردهای عملکرد در ساختار کنترل کننده، عملکرد کنترل کننده در برآوردن اهداف کنترلی از جمله کاهش زمان نشست و فراجهش بهبود می یابد. در این پایان نامه، علاوه بر استفاده از الگوریتم های کلاسیک، از کنترل کننده مبتنی بر سیستمهای چندعامله و با لحاظ کردن استانداردهای عملکرد استفاده شد تا هم از فرسودگی تجهیزات گاورنر کم کند و هم از استانداردهای عملکرد NERC پیروی کرده تا قابلیت اطمینان را افزایش دهد. نتایج نشان می دهد که کنترل کننده هایی که از استانداردهای NERC پیروی می کنند، عملکرد مناسب تری داشته و پاسخ فرکانسی آن ها بهبود یافته است.