رحمت الله میرزائی

این پژوهش به تحلیل چالش‌های نوظهور در شبکه‌های هوشمند با تمرکز بر ریزشبکه‌ها و بهره‌گیری از منابع انرژی تجدیدپذیر می‌پردازد. در گذشته، ژنراتورهای سنکرون به دلیل برخورداری از ویژگی‌های طبیعی اینرسی و میرایی، نقش مهمی در حفظ پایداری شبکه‌های انرژی ایفا می‌کردند. این ویژگی‌ها به ژنراتورهای سنکرون امکان می‌داد تا در برابر تغییرات ناگهانی و اختلالات شبکه، پایداری بیشتری داشته‌باشند. با این حال، تغییرات گسترده در ساختار تولید انرژی، به‌ویژه افزایش استفاده از منابع تجدیدپذیر و کاهش وابستگی به ژنراتورهای سنکرون، منجر به کاهش میزان اینرسی و میرایی در ریزشبکه‌ها شده و پایداری و میرایی نوسانات فرکانس آن‌ها را به چالش کشیده‌است. برای مقابله با این چالش‌ها، مفهوم ژنراتور سنکرون مجازی مطرح شده‌است. این نوع ژنراتور با هدف شبیه‌سازی رفتار دینامیکی ژنراتورهای سنکرون مرسوم طراحی شده و از طریق ایجاد اینرسی و میرایی مجازی، به بهبود پایداری و میرایی نوسانات فرکانس شبکه کمک می‌کند. ژنراتور سنکرون مجازی به عنوان واسطه‌ای بین منابع تولید پراکنده و شبکه اصلی عمل می‌کند. در ساختار کنترل‌کننده پیشنهادی برای ژنراتور سنکرون مجازی، از کنترل‌کننده LQR به منظور بهبود میرایی و پایداری سیستم استفاده شده است. کنترل‌کننده LQR، به دلیل قابلیت‌های برجسته‌اش در ایجاد تعادل میان تلاش کنترلی و دستیابی به پاسخ بهینه، انتخابی مناسب برای این نوع سیستم‌ها به شمار می‌رود. این کنترل‌کننده با تنظیم دقیق مکان قطب‌های سیستم، امکان جابجایی بهینه آن‌ها را فراهم کرده و در نتیجه، پاسخ‌های سیستم را در برابر اغتشاشات و تغییرات ناگهانی بهبود می‌بخشد. در این پژوهش، یک کنترل‌کننده سیستماتیک و ساده طراحی شده که ضمن حفظ کارایی و اثرگذاری، پیچیدگی و مرتبه سیستم را افزایش نمی‌دهد. این کنترل‌کننده با تنظیم بهینه مکان قطب‌ها، عملکرد ژنراتور سنکرون مجازی را بهبود بخشیده و توانایی سیستم در مقابله با تغییرات ناگهانی و اغتشاش‌ها را افزایش می‌دهد. نتایج شبیه‌سازی‌های انجام‌شده در محیط Matlab/Simulink نشان‌دهنده بهبود قابل توجهی در پاسخ فرکانسی ریزشبکه و افزایش پایداری و میرایی نوسانات فرکانسی آن است. این نتایج نشان می‌دهد که روش پیشنهادی در دستیابی به اهداف کنترلی مطرح شده در این پژوهش موفق بوده و می‌تواند به‌عنوان راهکاری موثر در بهبود عملکرد ریزشبکه‌ها مورد استفاده قرار گیرد.

در پاسخ به افزایش تقاضا برای انرژی الکتریکی و نگرانی‌های زیست‌محیطی ناشی از استفاده از سوخت‌های فسیلی، توجه به منابع انرژی تجدیدپذیر و بهبود شبکه‌های برق اهمیت زیادی پیدا کرده‌است. ریزشبکه‌ها به‌عنوان یکی از نوآوری‌های مهم، با استفاده از منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی و بهره‌گیری از سیستم‌های مدیریت پیشرفته، امکان بهبود پایداری و انعطاف‌پذیری شبکه قدرت را فراهم می‌کنند. با این حال، چالش اصلی در ریزشبکه‌های مبتنی‌بر منابع تجدیدپذیر، فقدان اینرسی و میرایی ذاتی ژنراتور سنکرون مرسوم در این منابع است که باعث کاهش پایداری و بروز نوسانات شدید می‌شود. برای مقابله با این مشکل، مفهوم ژنراتور سنکرون مجازی معرفی شده‌است که با تقلید از رفتار دینامیکی ژنراتورهای سنکرون سنتی، این ویژگی‌ها را به ریزشبکه‌ها اضافه می‌کند. این پژوهش به معرفی یک مدل کاهش مرتبه ‌یافته تحت عنوان ژنراتور سنکرون مجازی پیشنهادی پرداخته‌است که مبتنی‌بر مدل هفرون فیلیپس و اجزای کنترلی کلیدی نظیر تنظیم‌کننده خودکار ولتاژ و پایدارساز سیستم قدرت می‌باشد. این مدل با هدف ارائه سیستمی با مرتبه پایین، رفتار دینامیکی ژنراتورهای سنکرون را به‌دقت تقلید کرده و به بهبود پایداری و میرایی نوسانات ریزشبکه کمک می‌کند. در فرآیند توسعه این مدل، ابتدا تحلیل کاملی از ژنراتور سنکرون سنتی از منظر مکان هندسی و پاسخ فرکانسی انجام شده و پارامترهای کلیدی موثر بر میرایی سیستم شناسایی شده‌اند. سپس، تحلیل حساسیت برای ارزیابی صحت نتایج اولیه انجام شده و مدل پیشنهادی با استفاده از مقایسه پاسخ فرکانسی با مدل کامل مورد ارزیابی قرار گرفت تا دقت آن تایید شود. به منظور تنظیم سطح نقطه تنظیم ولتاژ در ژنراتور سنکرون مجازی پیشنهادی، روشی جدید تحت عنوان حلقه افتی ترکیبی ارائه شده‌است که امکان تنظیم مستقل نقطه تنظیم ولتاژ برای هر واحد تولیدی بدون نیاز به ارتباط بین واحدهای مختلف را فراهم می‌کند. همچنین، روشی به نام میرایی گذرا برای مقابله با نوسانات سریع ناشی از اغتشاشات بزرگ معرفی شده‌است. این روش با استفاده از فیلتر بالاگذر، نوسانات گذرا را کاهش داده و پایداری سیستم را بهبود می‌بخشد. بهینه‌سازی این فیلترها از طریق الگوریتمی نوین مبتنی‌بر حلقه‌های تو در تو انجام شده است که به صورت بهینه پارامترهای مناسب را تنظیم می‌کند. در نهایت، شبیه‌سازی‌هایی در محیط Matlab/Simulink برای یک ریزشبکه AC با دو منبع تولید پراکنده انجام شده‌است. به وسیله شبیه‌سازی‌ها در شرایط جزیره‌ای و متصل به شبکه، عملکرد روش پیشنهادی را ارزیابی شده‌است. نتایج نشان‌دهنده بهبود قابل‌توجه در پاسخ فرکانسی و میرایی نوسانات پس از اغتشاشات بزرگ است، که کارآمدی کنترل‌کننده پیشنهادی را تایید می‌کند.

موتورهای بدون جاروبک جریان مستقیم BLDCM, از جمله موتورهایی هستند که به سرعت استفاده عمومی یافته‌اند. موتورهای جریان مستقیم (DC) بدون جاروبک BLDCM به دلیل بازه بالا، گشتاور زیاد و حجم کم آنها به طور وسیعی برای تعدادی از کاربردهای صنعتی استفاده می شوند. موتور BLDC، برای کموتاسیون از جاروبک استفاده نمی‌کند. بلکه در آن، کموتاسیون به صورت الکترونیکی صورت می پذیرد. موتور BLDC به طور مرسوم، به موتور سنکرون مغناطیس دائم دارای نیروی ضدمحرکه الکتریکی (Back EMF) با شکل موج ذوزنقه‌ای، معروف است. در این تحقیق سعی بر آن است که کنترل کننده‌ایی طراحی شود که با حضور نامعینی هایی در پارامترهای موتور عملکرد پایداری داشته باشد. ایده اصلی کنترل مد لغزشی، کنترل یک سیستم مرتبه یک به جای سیستم مرتبه n غیرخطی و دارای نامعینی است. روش کنترلی حاصل بسیار ساده‌تر و کاربردی‌تر خواهد بود و استفاده از این الگوریتم منتج به عملکردی پایدار در حضور نامعینی‌ها می‌گردد.

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.

فتوولتائیک ( PV) به عنوان یکی از مهم‌ترین منابع انرژی پایدار در جهان شناخته می‌شود. با این حال، چگونگی به دست آوردن حداکثر انرژی خورشیدی موجود تحت شرایط آب و هوایی مختلف هنوز هم یک مشکل چالش برانگیز است. روش ردیابی نقطه حداکثر توان ( MPPT) برای استخراج حداکثر توان از سیستم PV استفاده می‌شود روش‌های مرسوم MPPT به دلیل پیاده‌سازی ساده خود، به طور گسترده‌ای در عمل پذیرفته شده‌اند، این روش ها به دلیل استفاده از اندازه گام ثابت، دقت ردیابی و سرعت ردیابی به عنوان دو چالش اصلی برای این تکنیک‌های MPPT سنتی در نظر گرفته می‌شوند. این پژوهش یک روش جدید برای ردیابی نقطه حداکثر توان با استفاده ترکیب الگوریتم ازدحام ذرات و یادگیری تقویتی ارائه می‌کند که قابلیت خودآموزی و همگرایی به نقطه بهینه را دارد. به منظور برآورد کارایی و تایید اثربخشی، روش QPSO در شرایط عملیاتی مختلف اجرا و شبیه‌سازی شده‌است. روش QPSO با روش P&O و PSO تحت سناریو های مختلف مقایسه شدند با توجه به نتایج بدست الگوریتم QPSO می تواند در تابش های مختلف به MPP همگرا شود. علاوه بر این، با تغییرات تابش خورشیدی، کنترلر QPSO نیاز به کشف وضعیت جدید و یادگیری نحوه دستیابی به عملکرد بهینه در حضور اختلالات پیوسته دارد و پس از هم‌گرایی و یافتن نقطه بهینه، هیچ نوسانی در حول نقطه MPP ندارد. از نظر سرعت ردیابی و کارایی، مقایسه دو روش P&O و روش QPSO نشان می‌دهد که وقتی شرایط محیطی جدید رخ می‌دهد، روش QPSO کندتر از روش P&O است زیرا این روش از فرآیند اکتشاف یاد می‌گیرد. گرچه، سرعت ردیابی روش P&O سریع‌تر از روش QPSO است اما نوسانات زیادی ایجاد می‌کند که منجر به تلفات توان قابل توجهی می‌شود.

امروزه بهره‌گیری از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی، انرژی باد، زیست‌انرژی (مواد آلی استفاده شده به عنوان سوخت) و انرژی برق-آبی، شامل انرژی جزر و مد، به صورت ترکیبی از منابع ذکر شده، بارها و مبدل‌های مختلف در قالب ریزشبکه رشد چشمگیری داشته است. از میان چالش‌هایی که ریزشبکه برای طراحان ایجاد می‌کند، کنترل مبدل‌های متصل به منابع انرژی تجدیدپذیر و همچنین کنترل واحد ریزشبکه در حضور بارهای توان ثابت و تغییرات پله و تدریجی آن، به عنوان یکی از مهمترین چالش‌ها می‌باشد. در این پژوهش ابتدا مدل مبدل بوست دوگانه شناور به‌هم پیوسته (IFDBC ) ارائه شده است و سپس در جهت رفع مشکلات ناشی از جریان‌های هجومی بالا در لحظات اولیه، دیودهایی به موازات مسیر شارش جریان در سلف‌های مربوط به هر ماژول، در ساختار این مبدل تعبیه شده است. همچنین در ادامه این پژوهش به بررسی دلایل انتخاب این مبدل نیز پرداخته می‌شود. سپس در گام بعد با استفاده از قوانین کیرشهف و روش‌های متوسط‌گیری، مدل فضای حالت متوسط مبدل IFDB جهت کاهش معادلات مربوطه آورده شده است. به دنبال کاهش مرتبه مبدل IFDB، از حجم محاسبات کاسته شده و به دلیل کاهش تعداد سنسورهای مورد استفاده در طراحی مبدل، کاهش هزینه طراحی و پیاده‌سازی را به دنبال داشته است. در ریزشبکه‌ها به واسطه حضور بارهای الکترونیک قدرتی و غیرخطی، کنترل ولتاژ خروجی سیستم و مساله فرا/فرو جهش ولتاژ خروجی به دلیل وجود برخی بارهای حساس و ضروری بسیار مورد توجه قرار دارد. لذا در این پژوهش، یک کنترل‌کننده فازی ترکیب شده با یک رویت‌گر غیرخطی جهت رفع مشکلات ناشی از بارهای توان ثابت پیشنهاد شده است تا علاوه بر تضمین پایداری سیگنال بزرگ سیستم و کاهش فرا/فرو جهش‌های ولتاژ، سرعت پاسخ‌دهی سیستم نیز افزایش یابد. شبیه‌سازی ابتدا بر روی یک مبدل بوست دارای بار توان ثابت جهت تایید عملکرد سیستم کنترلی انجام گرفته است. در ادامه و به عنوان بخش اصلی پژوهش، شبیه‌سازی بر روی مبدل IFDB پیشنهادی دارای یک منبع جریان ثابت وابسته به ولتاژ خروجی به عنوان بار توان ثابت انجام می‌گیرد. در این پژوهش از یک منبع جریان مستقیم متغیر به عنوان مدل ساده‌شده طبقه ورودی ریزشبکه استفاده گردیده است. بررسی نتایج حاصل از تغییرات پله‌ای و تدریجی بار، ولتاژ ورودی، مرجع ولتاژ خروجی و میزان مقاومت سیستم در برابر عدم قطعیت‌های پارامتری از اهداف اصلی این پژوهش خواهند بود. در تحلیل نتایج حاصل از این پژوهش مشخص شد که ساختار جدید مبدل ارائه شده، کاهش جریان راه‌اندازی اولیه را به دنبال داشته است و کنترل‌کننده مورد استفاده در این سیستم، پایداری ریزشبکه را در حضور تغییرات بزرگ در توان بار تضمین کرده است. همچنین فرا/فرو جهش‌های ناشی از تغییرات پله‌ای توان بار، ولتاژ مرجع و ولتاژ ورودی به طور چشمگیری کاهش یافته است.

منابع انرژی تجدید پذیر و بارها، ماهیتی ناپیوسته دارند و بارها به صورت لحظه ای تغییر می کنند. وجود بارهای غیرخطی و نامتعادل در یک شبکه ضعیف یا دور افتاده، باعث حضور هارمونیک ها شده و در نتیجه کارایی یک SRF-PLL یا همان سنکرون سازی حلقه قفل فاز به روش قاپ مرجع سنکرون در مواجهه با چنین شرایطی را به چالش خواهد کشید. در این تحقیق، یک روش ساده بر پایه کنترل خطی در قاپ مرجع dq یا همان تبدیل پارک جهت دستیابی به کنترل یک سیستم خورشیدی فتوولتائیک در اتصال به شبکه سه فاز سه سیمه، تحت بار نامتعادل و نوسان در میزان تابش را مورد بحث قرار می دهد. استفاده از تبدیلات qd یا همان پارک و SRF-PLL یا همان سنکرون سازی حلقه قفل فاز به روش قاپ مرجع سنکرون به دلیل سادگی و متداول بودن و با بار محاسباتی پایین، از مزیت های اصلی این تحقیق می باشد. در این تحقیق، یک بار غیرخطی توسط سیستم خورشیدی فتوولتائیک و PCC یا همان نقطقه کوپل مشترک، تغذیه و مابقی انرژی یا همان توان Rest ازهمین نقطه به شبکه تزریق می شود. قسمتی از نامتعادلی و همچنین THD یا همان اعوجاج هارمونیکی کل در جریان های بار با استفاده از یک مجموعه ترانس زیگزاگ و مابقی THD یا همان اعوجاج هارمونیکی کل و همچنین دیگر مسایل کیفیت توان را با استفاده از تکنیک هایی همچون استخراج و اضافه نمودن مجموع نوسان درسیگنال های dq یا همان سیگنال های مستقیم و ربع جریان های بار و شبکه به idq*, همچنین اصلاح سیگنال مرجع ولتاژ شبکه و یا بازخورد سیگنال ربع بار به سیگنال های مرجع، رفع خواهد شد. عملکرد UPF یا همان ضریب توان واحد در طول روز و تامین توان راکتیو یا همان DSTATCOM یا جبران ساز استاتیکی توزیع شده در طول شب، کاهش در میزان THD یا همان اعوجاج هارمونیکی کل جریان های شبکه و همچنین راندمان، از اهداف این تحقیق می باشد. ولتاژ لینک DC یا جریان مستقیم به کمک تکنیک INC یا همان تکنیک هدایت افزایشی در MPPT یا همان ردیابی نقطه حداکثر توان حفظ می شود. در این سیستم از مبدل تک مرحله ای استفاده می شود که باعث کاهش تلفات به دلیل کاهش کلیدزنی خواهد شد. با استفاده از IGBT یا همان ترانزیستور دوقطبی با گیت عایق شده و دیود، مبدل به صورت دو طرفه خواهد شد. از مدل تک دیودی به جهت دقت مطلوب و سادگی، برای شبیه سازی سیستم PV یا فتوولتائیک خورشیدی، استفاده شده است. نتایج حاصل شده در این تحقیق، قابل مقایسه با انواع روشهای اخیر بوده و در مقابل، دارای سادگی در پیاده سازی و همچنین بار محاسباتی پایین بوده و مشکل تاخیر در پاسخ را ندارد. شبیه سازی در محیط سیمولینک متلب انجام شده است.

امروزه استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر به دلیل مصرف روبه رشد سوخت های فسیلی که منجر به تخریب محیط زیست می شود، رواج یافته است. یکی از این انرژی های تجدیدپذیر، انرژی خورشیدی است. این سیستم ها دارای قسمت های مختلفی از جمله آرایه های فتوولتائیک، ردیاب نقطه ماکزیمم توان، مبدل و غیره می باشند. از جمله چالش هایی که این فناوری نوظهور ایجاد می کند، دستیابی به نقطه حداکثر توان از سلول خورشیدی تحت تغییر شرایط محیطی می باشد. در این پژوهش، یک مبدل منبع امپدانسی Y-Source را که مشکلات مبدل های منبع امپدانسی Y-Source کلاسیک را ندارد، استفاده کرده ایم. همچنین، با به کارگیری یک روش تپه نوردی اصلاح شده به ردیابی نقطه ماکزیمم توان در تابش های مختلف پرداخته شده است. برای بررسی صحت عملکرد سیستم پیشنهادی، نرم افزار MATLAB/SIMULINK اتخاذ شده است. ابتدا، تمرکز بر روی تغییر پله ای تابش و در گام بعدی تغییرات تدریجی تابش بوده است که اثر بخشی الگوریتم پیشنهادی با روش تپه نوردی کلاسیک و تطبیقی سنجیده می شود و نهایتاً مدل پیشنهادی با افزودن یک مبدل Y-Source تکمیل می گردد

قابلیت ذخیره سازی انرژی و توان با چگالی بالا، طراحی منعطف و سبک، جریان تخلیه داخلی پایین و طول عمر بالا باعث شده است که استفاده از باتری های لیتیوم-یونی روز به روز در حال افزایش باشد. مراقبت از باتری های لیتیومی یکی بزرگترین چالش های پیش رو در طراحی سیستم های مدیریت انرژی است. استفاده از مبدلی که بتواند باتری را از باس ایستگاه شارژ سریع ایزوله کند تا حد زیادی می تواند تضمین کند که اغتشاشات شبکه و شوک های احتمالی ایستگاه شارژ به باتری ها آسیبی نخواهد زد. اما مسئله ی مهمتری که باید به آن توجه داشت، نحوه شارژ شدن و تخلیه باتری ها می باشد. چراکه اگر جریان ورودی هنگام شارژ یا جریان تخلیه از حدی بیشتر باشد باعث تولید گرمای زیادی در سیستم خواهد شد. با توجه به اینکه دما تاثیری مستقیم بر روی عملکرد باتری های لیتیومی دارد لذا باید از این جهت نیز به مراقبت از باتری ها پرداخت. به همین دلیل شاخصی با نام سطح شارژ باتری معرفی می شود که این امکان را به وجود می آورد تا همواره به صورت زمان واقعی از مقدار توان و انرژی موجود در باتری آگاه شد. در این تحقیق به کمک نرم افزار MATLAB بر اساس مدل مرتبه اول باتری و الگوریتم H-infinity سعی کردیم الگوریتمی پیشنهاد دهیم که بتواند با دقت بالا و سرعت مناسب سطح شارژ باتری را تخمین بزند. از آنجایی که عملکرد باتری به صورت غیر خطی است برای بدست آوردن آنلاین مقادیر داخلی باتری باید از دو حلقه در برنامه استفاده کرد. همچنین نیاز است تا داده های مرحله قبل ذخیره شوند. اگر هنگام تست باتری برای یافتن رابطه ی ولتاژ مدار باز و سطح شارژ باتری، از مدار معادل مرتبه اول باتری استفاده کنیم، می توانیم مقادیر داخلی باتری را بر اساس سطح شارژ باتری محاسبه کنیم. در ادامه به کمک الگوریتم H-infinity و استفاده از داده های offline برای مقادیر داخلی باتری، سعی شده است تا حد امکان حجم محاسبات و خطای ناشی از محاسبه ی سطح شارژ باتری کاهش یابد. با توجه به اینکه می توان باتری را بر اساس مدل مرتبه 3 یا مدل مرتبه 7 مدلسازی کرد، الگوریتم پیشنهادی به گونه ای بهینه سازی شده است تا برای هر دو حالت عملکردی مطلوب با درصد خطای پایین داشته باشد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که الگوریتم پیشنهادی دقت بالایی در تخمین سطح شارژ باتری برای هر دو حالت شارژ شدن و تخلیه باتری دارد. در پایان با تعمیم دادن الگوریتم پیشنهادی به صورت زمان واقعی علاوه بر سطح شارژ باتری، سطح انرژی باتری را نیز می توان تخمین زد.

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.

امروزه ریزشبکه های الکتریکی به عنوان گروهی از مهمترین بازیگران شبکه های هوشمند شناخته می شوندکه در انواع AC، DC و ترکیبی از این دو مورد مطالعه قرار می گیرند. این شبکه های توزیع که از مجموعه ای منابع تولید پراکنده و مصرف کنندگان در مجاورت یکدیگر تشکیل شده اند، قابلیت بهره- برداری در حالت متصل به شبکه برق اصلی و منفصل (جزیره ای) را دارند. تاکنون این دو حالت عملکرد در حوزه های مختلف پایداری، کنترل، حفاظت، برنامه ریزی و بهره برداری مورد توجه پژوهشگران بوده است. در هر ریز شبکه به واسطه حضور بار های نامتعادل و غیرخطی ، مساله فرورفتگی/برآمدگی ولتاژ و همچنین مطرح بودن بحث هارمونیک از یک طرف و از طرفی دیگر وجود بارهای حساس و ضرورت تامین آسایش مشترکین در ریزشبکه ها، ضرورت مدیریت بهینه ریز شبکه ها با در نظر گرفتن قیود کیفیت توان بیش از پیش نمایان است. بر این اساس با توجه به خلاء شناسی صورت گرفته در این پژوهش با توجه به مدیریت انرژی در ریزشبکه ها با در نظر گرفتن قیود کیفیت توان، یک چارچوب بهینه سازی انرژی مقید به شاخص های کیفیت توان در یک ریزشبکه دارای انواع بار های قابل کنترل، معمولی و حساس پیشنهاد شده است. بارها، تولید کننده ها و ذخیره سازهای انرژی به طور بهینه برنامه ریزی شده اند تا هزینه بهره برداری از ریزشبکه در حالی که محدودیت های فنی و شاخص های کیفیت توان را برآورده کنند. شبیه سازی بر روی یک ریز شبکه نمونه در بازه زمانی 24 ساعته انجام شده است و تحلیل نتایج به خوبی بیانگرکارآیی مدل سیستم مدیریت انرژی مقید به کیفیت توان می باشد.

اینورترهای چند سطحی مزایای شناخته شده بسیاری را برای استفاده در برنامه های با ولتاژ بالا و توان بالا ارائه می دهد، اما برای برنامه های توان پایین نیز مناسب هستند. این پایان نامه یک سیستم PV را برای کاربردهای تکفاز بصورت مستقل ارائه می دهد. یک مبدل پل-H تکفاز مبتنی بر ساختار لینک DC چند سطحی (MLDCL) مورد استفاده قرار می گیرد. یک مبدل شبه منبع امپدانسی در هر واحد از لینک DC چند سطحی برای تنظیم ولتاژ PV استفاده می شود. مبدل شبه منبع امپدانس یک توپولوژی جدید است که از مبدل مرسوم منبع امپدانس حاصل می شود. مبدل شبه منبع امپدانس تمام مزایای مبدل منبع امپدانس را به ارث می برد. در این ساختار پیشنهادی منابع به صورت هیبریدی قرار گرفته است. یک طراحی و تحلیل یرای یک سیستم PV تکفاز با استفاده از هفت مبدل شبه منبع امپدانس نیم پل متوالی با منابع هیبریدی و یک مبدل پل-H تکفاز 50 هرتز انجام می شود. چند مبدل نیم پل شبه منبع امپدانسی به صورت سری به هم متصل می شوند تا سطح ولتاژ خروجی مورد نیاز را تولید کنند. ساختار ارائه شده دارای مزیت داشتن یک طرح کنترل مستقل است، بطوری که هر واحد شبه منبع امپدانس می تواند بطور موثر به حداکثر نقطه توان (MPP) از پنل های PV دست یابد. برای دست یابی به حداکثر نقطه توان (MPP) از روش هدایت افزایش (IC) استفاده می شود. سیستم کامل با استفاده از نرم افزار Matlab/Simulink برای تایید مفهوم پیشنهادی و تحلیل نظری شبیه سازی شده است.

استفاده از انرژی خورشیدی به واسطه سیستم های فتوولتائیک در جهان، با نرخ قابل توجهی رو به افزایش است. مطالعه ی چشم اندازهای صنعت فتوولتائیک بر تداوم و تسریع نرخ توسعه ی این صنعت دلالت دارد. با وجود رشد سریع صنعت فتوولتائیک، مشکلات مربوط به بازده پایین سلول های خورشیدی همچنان باقیست. مطالعات نشان داده است که در هر لحظه، فقط یک نقطه عملکردی مرتبط با یک سلول خورشیدی که در آن نقطه، توان انتقال حداکثر می شود وجود دارد. به این نقطه، نقطه توان ماکزیمم سیستم فتوولتائیک می گویند، که البته با تغییرات تابش و دما تغییر پیدا می کنند. از اینرو جهت استخراج ماکزیمم توان در اغلب ماژول های فتوولتائیک از سیستم ردیابی نقطه توان ماکزیمم استفاده می-شود. روش های متعددی برای ردیابی نقطه توان ماکزیمم ارائه شده است، که در این پایان نامه به صوت دقیق به بررسی سه روش کنترلی P&O، IC و PSO خواهیم پرداخت. بنا بر بررسی های انجام شده و مشاهدات شبیه سازی و نتایج عملی مشاهده خواهد شد که، روش IC دارای سرعت همگرایی بالایی در پیدا کردن نقطه توان ماکزیمم است، اما در تابش ثابت، حول نقطه توان ماکزیمم نوسانات زیادی دارد. روش کنترلی PSO سرعت همگرایی پایینی در پیدا کردن نقطه توان ماکزیمم دارد، چراکه نقاط تصادفی زیادی را برای پیدا کردن دقیق نقطه توان ماکزیمم بررسی می کند. مدل PSO در تابش های ثابت دارای عملکردی مطلوب است و توان خروجی با ریپل خیلی کمتری نسبت به روش IC دارد، به این منزله که روشPSO حول نقطه توان ماکزیمم دارای نوسانات خیلی کمی است. عملکرد روش کنترلی P&O از لحاظ سرعت همگرایی به نقطه توان ماکزیمم، بهتر از عملکرد روش PSO است، اما در مقایسه با روش کنترلی IC، از سرعت همگرایی پایین تری برخوردار است. از لحاظ ریپل حول نقطه توان ماکزیمم در تابش های ثابت، روش کنترلی P&O، در مقایسه با روش کنترلی PSO، دارای نوسانات زیادی است، اما تقریبا مشابه روش کنترلی IC عمل می کند. بر همین اساس با ادغام دو روش کنترلی IC و PSO و استفاده از نقاط مثبت این روش ها، روشی را برای بهبود عملکرد ردیابی نقطه توان ماکزیمم ارائه کرده ایم. در این روش ارائه شده، سیستم کنترلی به نحوی عمل می کند که، در تابش های متغییر روش کنترلی IC را برای ردیابی نقطه توان ماکزیمم به کار بگیرد، چراکه این روش از سرعت همگرایی بالایی برخوردار است، اما در تابش ها و شرایط جوی ثابت و پایدار، روش کنترلی ارائه شده، از روش PSO برای عمل ردیابی نقطه توان ماکزیمم استفاده می کند، چون این روش حول نقطه توان ماکزیمم نوسانات بسیار کمی دارد.

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.

امروزه باگسترش صنعت و افزایش جمعیت نیاز به انرژی روز به روز افزایش می یابد. با توجه به اینکه انرژی های حاصل ازسوخت فسیلی رو به پایان است، از این جهت جهان به سمت انرژی های تجدیدپذیر در حرکت می باشد. پنل خورشیدی یکی از منابع تجدیدپذیر انرژی جهت تولید برق می باشد. از مزیت های پنل های خورشیدی می توان به سوخت رایگان و بدون آلایندگی آن اشاره نمود و از معایب آن می توان به هزینه ی اولیه بالا و بازده پایین سیستم اشاره نمود. هرسال پنل های تولیدی به نسبت سال های گذشته بازده بالاتر و قیمت پایین تر پیدا می کنند، اما بازدهی پایین و قیمت نسبتاً بالای هر پنل وجود دارد. به دلیل تغییر مشخصه ی خروجی سلول خورشیدی با تغییرات شرایط محیطی و بار متصل به آن، از الگوریتم های ردیابی نقطه بیشینه ی توان برای استخراج حداکثر توان از سلول خورشیدی، استفاده می شود. این روش ها از نظر پیچیدگی، تعداد و نوع سنسورهای موردنیاز، سرعت پاسخ، هزینه و سخت افزار پیاده سازی با یکدیگر متفاوت هستند. این تعداد زیاد الگوریتم، تعیین بهترین روش را با مشکل مواجه خواهدکرد. انتخاب روش مناسب بستگی به پیچیدگی زمانی جهت ردیابی نقطه بیشینه ی توان، هزینه پیاده سازی و سهولت انجام کار، تعداد سنسورهای مورد نیاز و سرعت همگرایی دارد. این الگوریتم ها دارای گام ثابت و متغیر می باشند. هدف از گام متغیر در این الگوریتم ها رسیدن به سرعت و دقت کافی می باشد. در این پایان نامه، معرفی از سلول های خورشیدی و مروری بر روش های ردیابی نقطه بیشینه ی توان و ضرورت به کارگیری آنها انجام شده است. سپس به بهبود روش های موجود در این زمینه پرداخته شده و با استفاده از دو روش جریان اتصال کوتاه با گام متغیر و روش تجمع ذرات، الگوریتمی کارآمد ارائه شده است که بتوان در شرایط عادی و سایه جزیی، ردیابی را با حفظ دقت و سرعت انجام داد. در پایان تفسیر نتایج و جمع بندی مطالب ارائه شده است. شبیه سازی های انجام شده، در نرم افزارMATLAB می باشد.

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.

و درسال های اخیر با پیدایش مفهوم شبکه های هوشمند و توجه بیش از پیش به مسایل اقتصادی و زیست محیطی در بستر قابلیت اطمینان، ورود منابع جدید تولید و مصرف انرژی امری اجتناب ناپذیر به نظر می آید. عدم مدیریت و یکپارچه سازی بهینه موارد جدید می تواند مشکلاتی را بر سر راه بهره برداری بهینه از سیستم های قدرت ایجاد کند. خودروهای الکتریکی یکی از این منابع جدید به شمار می آیند. حضور غیرهماهنگ و مدیریت نشده خودروهای الکتریکی به عنوان بار اضافه در شبکه می تواند سبب تشدید مشکلاتی از قبیل افت ولتاژ، پایداری ولتاژ و افزایش تلفات شبکه شود. به تبع، این مشکلات هزینه های اقتصادی را با خود همراه خواهند داشت. به منظور تسکین اثرات ناشی از حضور کنترل نشده ی این خودروها لازم است که توان مورد نیاز آن ها با هماهنگی با سایر منابع تولید پراکنده مدیریت شود و برنامه ریزی شارژ و دشارژ آن ها در راستای اهداف بهره برداری بهینه صورت پذیرد. یعنی با برنامه ریزی صحیح شارژ و دشارژ خودروها در کنار تولیدات پراکنده سعی در کاهش تلفات، داشتن ولتاژ مناسب و در نتیجه صرفه اقتصادی بهتر خواهیم داشت. در این پژوهش پارکینگ های خودروهای الکتریکی به صورت یک واحد یکپارچه درنظر گرفته شده اند و میزان تولید یا مصرف پارکینگ ها به صورت یک واحد مستقل محاسبه می شوند و مطابق برنامه روزانه، خودروها توسط بهره بردار سیستم توزیع به طور هماهنگ و بهینه مدیریت می شوند. با استفاده از حضور همزمان خودروی الکتریکی در کنار تولیدات پراکنده و برنامه ریزی شارژ خودروها توانسته ایم مقادیر زیادی از مشکلات ناشی از حضور جداگانه و برنامه ریزی نشده را جبران کرده و میزان تلفات سیستم توزیع را کاهش داده و پروفیل ولتاژ را بهبود بخشیم و همچنین سناریوهای مختلف را از لحاظ اقتصادی از دید شرکت توزیع بررسی نموده ایم. نتایج شبیه سازی ها بر روی یک سیستم توزیع نمونه، موید کارایی مدل سازی و بهینه سازی پیشنهادی است

باوجود رشد سریع صنعت فتوولتائیک، مشکلات مربوط به بازده پایین سلول های خورشیدی همچنان باقیست. توان خروجی ماژول های فتوولتائیک به شدت تابش خورشید، دمای محیط، طول عمر، مشخصه بار و به خصوص ولتاژ خروجی آن وابسته است. جهت استخراج ماکزیمم توان در اغلب ماژول های فتوولتائیک از سیستم ردیابی ماکزیمم توان استفاده می شود. یکی از روش هایی که جهت استخراج ماکزیمم توان مورداستفاده قرار می گیرد روش کنترل پیش بین مبتنی بر مدل است. این روش عملکرد بهتری نسبت به روش های مرسوم دارد. پاسخ دینامیکی و نوسانات حالت ماندگار به اندازه گام اختلال در تولید جریان مرجع بستگی دارد. هنگامی که اندازه گام اختلال کاهش می یابد، نوسانات حالت ماندگار توان کمتر است، اما سرعت دینامیکی پاسخ کاهش می یابد. از سوی دیگر، هنگامی که اندازه گام اختلال افزایش می یابد، نوسانات حالت ماندگار توان بزرگ تر است، اما سرعت پاسخ دینامیکی افزایش می یابد. در این رساله به منظور تولید سریع جریان مرجع و کاهش وابستگی به گام اختلال از کنترل پیش بین مبتنی بر مدل اصلاح شده پیشنهاد می گردد که با اعمال یک کنترل کننده PI به خطای حاصل از جریان تولیدشده از روش اختلال و مشاهده و جریان سیستم فتوولتائیک، جریان مرجع تولید می شود. هم چنین در کنترل پیش بین مبتنی بر مدل، معادلات سیستم به صورت ایده آل نوشته می شود درحالی که در واقعیت و با مرور زمان مقادیر دقیق عناصر موجود در مبدل dc تغییر کرده و یا نامشخص می باشند که این امر باعث عدم ردیابی نقطه ماکزیمم توان می شود. در این پایا ن نامه برای بهبود عملکرد کنترل پیش بین مبتنی بر مدل در حالت نامعینی در مدل مبدل از یک کنترلر فازی استفاده شده است. درروش پیشنهادی خطای حاصل از جریان مرجع و جریان پیش بینی شده به یک کنترلر فازی اعمال می گردد و خروجی کنترلر فازی ضریب وظیفه مبدل موردنظر است. سیستم تولید فتوولتائیک از چندین ماژول که به صورت سری و موازی قرارگرفته اند تشکیل شده است. جهت افزایش ولتاژ خروجی، ضروری است که ماژول ها به صورت سری به هم متصل شوند و در این حالت از یک دیود بای پس موازی استفاده می شود و همین امر باعث ایجاد تعدادی پیک در مشخصه توان-ولتاژ می شود که یکی از آن ها ماکزیمم سراسری و سایر پیک ها ماکزیمم محلی می باشند. با استفاده از کنترل پیش بین مبتنی بر مدل اصلاح شده سرعت پیدا کردن نقطه ماکزیمم سراسری افزایش می یابد. نتایج با استفاده از نرم افزار متلب و نتایج آزمایشگاهی ارائه شده است

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.

طراحی کنترل کننده، تشخیص خطا و تخمین پارامترهای سیستم از جمله مسائلی هستند که معمولاٌ فرض معلوم بودن حالت های سیستم در آن ها مطرح است. با این وجود، در اغلب موارد به دلیل در دسترس نبودن حالت های سیستم طراحی رویت گر اجتناب ناپذیر است. از سوی دیگر تقریبا تمام سیستم های واقعی غیرخطی اند و خطی سازی، رفتار آن ها را تا حد زیادی دگرگون می کند. لذا طراحی رویت گر غیرخطی امروزه به یک ضرورت انکارناپذیر تبدیل شده است. نیاز به صرفه جویی در مصرف انرژی و عدم اشغال پهنای باند در کاربردهای صنعتی، در دنیای امروزه که بسیاری از فعالیت های صنعتی به شکل روزافزونی در حال حرکت به سوی کنترل شبکه ای و بیسیم هستند، به یک چالش برای مهندسان بدل شده است. سیستم های مبتنی بر رخداد (Event triggered) به عنوان یک راه مناسب برای پاسخ گویی به این نیازها در سال های اخیر توسعه روزافزونی یافته اند. در این پژوهش با استفاده از روش طراحی معادلات ریکاتی وابسته به حالت (SDRE) و ترکیب آن با روش رخدادتحریک، یک رهیافت جهت طراحی رویت گر غیرخطی معرفی و مورد مطالعه قرار گرفته شده است. در این رهیافت، به منظور یافتن زمان های وقوع رخداد، یک شرط نامساوی مورد بررسی قرار گرفته و در صورت نقض این نامساوی، اطلاعات از حسگر به رویت گر ارسال می گردد. حالت هایی که از این رویت گر به دست می آیند، به عنوان حالات جدید سیستم در کنترل کننده ی غیرخطی مورد استفاده قرار می گیرند. عمل کرد رویت گر مورد مطالعه در یک مثال عددی و سه مثال کاربردی، بازوی رباتیک تک اتصالی، یک منیپیولاتور و یک جرثقیل بررسی و نتایج با رویت گر غیرخطی مقایسه شده است

در اجرای سیستم های کنترل تحت شبکه، به دلیل شرایط غیرایده آل شبکه های مخابراتی، همانند رو ش های دیگر کنترلی یک سری چالش ها و محدودیت ها وجود دارد که می توان از این بین به تاخیر زمانی، از دست رفتن اطلاعات، وجود نویز، محدودیت پهنای باند شبکه، محدودیت انرژی و ... اشاره کرد. در سال های اخیر با توجه به توسعه سیستم های کنترل تحت شبکه، محققین تلاش های بسیاری در حوزه کنترل دیجیتال مدرن برای مقابله با محدودیت های ذکرشده انجام داده اند. یکی از رویکردهای کنترلی اخیر برای مقابله با این محدودیت ها، روش کنترلی رخداد-تحریک است. برخلاف روش های سنتی که ارسال اطلاعات در زمان-های ثابتی صورت می گیرد، درروش کنترل رخداد-تحریک تنها زمانی که لازم باشد اطلاعات ارسال می شود. بنابراین، نرخ استفاده از شبکه ارتباطی کاهش یافته و از این طریق می توان به بسیاری از این محدودیت ها فائق آمد. در این پایان نامه ابتدا، با توجه به توسعه روزافزون سیستم های کنترل تحت شبکه و با توجه به محدودیت های استفاده از شبکه های ارتباطی در این سیستم ها یک مسئله کنترل ردیاب مقاوم رخداد-تحریک برای این نوع سیستم ها بیان می شود. سپس یک راه حل برای این مسئله در قالب یک قضیه ارائه شده و با استفاده از قانون پایداری لیاپانوف پایداری آن اثبات می شود. به منظور ارزیابی روش کنترل ردیاب مقاوم رخداد-تحریک ارائه شده یک سیستم سه تانک به عنوان سیستم موردمطالعه در نظر گرفته شده است. هدف کنترل، کنترل سطح تانک ها برای ردیابی یک خط سیر مطلوب است. نتایج شبیه سازی برای کنترل این سیستم با استفاده از روش کنترل مقاوم رخداد-تحریک ارائه شده نشان می دهد مادامی که هدف کنترلی به نحو احسن برآورده شود استفاده از شبکه ارتباطی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. در ادامه، با توجه به اهمیت کنترل ثانویه در ساختار کنترل سلسله مراتبی ریزشبکه ها و همچنین با توجه به استفاده از شبکه ارتباطی در این کنترل کننده، جهت ارسال اطلاعات واحدهای تولید پراکنده به یکدیگر، یک ساختار ارتباطی رخداد-تحریک با استفاده از رویتگر رخداد-تحریک جهت کاهش نرخ استفاده از شبکه ارتباطی در ریزشبکه ها در قالب یک قضیه ارائه شده و همگرایی آن اثبات می شود. نتایج شبیه سازی به دست آمده قابلیت فوق العاده کاهش نرخ ارسال اطلاعات در ریزشبکه ها را با استفاده ازاین روش نشان می دهد.

به دلیل کاهش سوختهای فسیلی و مسائل زیست محیطی، استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر در سیستمهای قدرت به سرعت درحال افزایش میباشد. وجود منابع تولید پراکنده در شبکه روی توان جاری شده و ولتاژ شبکه تاثیر میگذارد و این میتواند بر روی پارامترهای عملکردی سیستم تاثیرات مثبت یا منفی داشته باشد. لذا باتوجه به اهمیت تشخیص خطا دراین ریزشبکه ها، با استفاده از روش معادله ریکاتی وابسته به حالت، رویتگر-کنترلگر زیربهینه ای برای ریزشبکه DC طراحی میشود. اهداف مورد نظر، امکان تشخیص به موقع خطا، جداسازی منطقه خطا در زمان مناسب و کنترل ولتاژهای خروجی سلول خورشیدی، باتری، بانک خازنی و باس DCمیباشند. در فرایند طراحی رویتگر-کنترلگر از یک مدل غیرخطی برای مدلسازی رفتار دینامیکی ریزشبکه در شرایط کاری مختلف استفاده میشود. عملکرد ریزشبکه مورد مطالعه در حضور عدم قطعیت در پارامترهای سیستم مورد ارزیابی قرار میگیرد. نتایج شبیه سازیهای انجام شده، حاکی از توانایی بالای روش پیشنهادی در تشخیص به موقع خطا، عدم تشخیص اغتشاش بعنوان خطا و همچنین عملکرد موثر و مقاوم کنترگر پیشنهادی حتی درحضور اغتشاشات وارده به سیستم میباشد.

کاربردهای مبدل های توان الکترونیک قدرت در سیستم های تبدیل انرژی بادی متنوع می باشد، اما اصلی ترین نقش مبدل الکترونیک قدرت، تبدیل ولتاژ و فرکانس متغیر ترمینال های ژنراتور توربین بادی ولتاژ و فرکانسی است که بتوان آن را به شبکه متصل کرد. همچنین می توان با استفاده از استراتژی های کنترلی مناسب سایر پارامترهای دیگر سیستم تبدیل انرژی بادی همچون توان های اکتیو و راکتیو خروجی را کنترل کرد. مبدل های الکترونیک قدرت توسط ادوات نیمه هادی، سیستم محرک، مدارهای حفاظت و کنترل، برای انجام تبدیل دامنه ی ولتاژ و فرکانس ساخته می شوند. بسته به توپولوژی و کاربرد، ممکن است مبدل اجازه بدهد توان در هردو سمت جریان بیابد. دو نوع متفاوت مبدل موجود است: سیستم مبدل های کموتاسیون شبکه، سیستم مبدل های کموتاسیون خودی. مبدل های کموتاسیون شبکه، تا حد زیادی مبدل های تریستوری با ظرفیت توان بالای 6 یا 12 پالسی یا حتی بیشتر می باشد. مبدل های تریستوری، توان راکتیو القایی مصرف می کنند و توانایی کنترل توان راکتیو را ندارند و تا حد زیادی برای کاربردهای توان و ولتاژ خیلی بالا، شبیه سیستم های HVDC متعارف، استفاده می شوند. سیستم های مبدل کموتاسیون خودی، معمولا روش کنترل مدولاسیون پهنای پالس(PWM) را اتخاذ می کنند.در این نوع مبدل ها سوئیچ های با قابلیت خاموش شدن، شبیه IGBT ها، بیشتر استفاده شده اند. این نوع مبدل، این امکان را فراهم می کند که هردوی توان اکتیو و راکتیو را در هردو مسیر انتقال دهد

امروزه استفاده از مبدل های الکترونیک قدرت به طور چشمگیری رو به افزایش است و در ریز شبکه های تولید برق بیشترین کاربرد را دارد. سیستم های توزیع نیز در استفاده از این مبدلهای قدرت مستثنی نمی باشند. بگونه ای که طراحی مبدل های الکترونیک قدرت در سطح توزیع و تولیدات پراکنده برای طراحان، به یک چالش مبدل شده است. مبدل های الکترونیک قدرت از سویچ ها، قسمت های کنترلی و فیلتر ها تشکیل می شوند. استفاده از این مبدل ها روزبه روز افزایش یافته است که این امر ناشی از مزایای مهم اینگونه مبدل ها نظیر قابلیت بازتولید توان، کنترل ولتاژ باس های DC، کاهش اعوجاج هارمونیکی جریان در باس های AC ، کنترل دو جهته توان های اکتیو و راکتیو، پایین آمدن ظرفیت خازنی در باس های DC و ضریب قدرت بالا می باشد. درکاربرد مبدل های متصل به المانهای تولید پراکنده، عموما مسئله اساسی، کنترل سیلان های توان اکتیو و راکتیو بین منبع تولید پراکنده و مصرف کننده (یا شبکه اصلی) می باشد. بنابراین انتخاب فیلتر مناسب به همراه یک روش کنترلی کارآمد جهت بهبود کیفیت توان، ولتاژ و فرکانس شبکه در مبدل های الکترونیک قدرت، امری ضروری می باشد. فرکانس کلیدزنی در این مبدلها بالاست و این امر باعث ایجاد هارمونیک های ناخواسته ای خواهد شد که باعث اعوجاج هارمونیکی شبکه و کاهش بازده مبدل می شود. بنابراین نیاز به فیلتر کردن هارمونیک ها در این مبدل الکترونیک قدرت امری ضروری است. فیلترهای خطی L و LC و LCL یکی از پرکاربرد ترین فیلتر ها در این مبدل ها می باشد. فرکانس المان های سویچینگ حدود kHz15-2 می باشد که کانورترها و اینورترهای منبع ولتاژ نیز هارمونیک های فرکانس بالا را حول و حوش فرکانس سویچینگ ایجاد می کنند. استفاده از فیلتر LCL بجای فیلتر ساده L به لحاظ بهبود کیفیت توان، اهمیت قابل ملاحظه ای دارد. در واقع استفاده از فیلتر مرتبه سوم LCL، کاهش اعوجاج هارمونیکی در فرکانس کلیدزنی پایین تر را میسر می کند که امتیاز قابل توجهی در کاربرد های توان بالا با مقادیر اندوکتانس کل کوچکتر می باشد. علاوه بر این انتخاب یک فیلتر LCL با مقادیر سلف و خازن مناسب، باعث می شود که نیاز به یک اندوکتانس بزرگ به تنهایی در مدار نباشد زیرا با افزایش اندوکتانس فیلتر، تاخیر زیاد می شود، بنابراین انتخاب یک فیلتر LCL مناسب باعث بهبود سرعت زمان پاسخ و پایداری مدار می شود. اینو

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

هدف از انجام این پروژه، طراحی و ساخت یک دستگاه اندازه گیر پاسخ فرکانسی همراه با یک فانکشن ژنراتور قابل برنامه ریزی با جاروب فرکانسی می باشد. فانکشن ژنراتور با توجه به فرضیات کاربر، شروع به تولید موج سینوسی با جاروب فرکانسی می نماید. موج خروجی فانکشن ژنراتور به ورودی یک سیستم خطی تغییر ناپذیر با زمان (LTI) اعمال می شود و سپس خروجی سیستم LTI، همراه با ورودی سیستم LTI که همان خروجی فانکشن ژنراتور می باشد، به دستگاه اندازه گیر پاسخ فرکانسی متصل می شوند. دستگاه اندازه گیر پاسخ فرکانسی، دامنه هر دو موج (موج ورودی و خروجی سیستم LTI)، فرکانس و اختلاف فاز بین دو موج را محاسبه می کند. سپس از طریق USB محاسبات فوق به نرم افزار LabVIEW ارسال شده و پاسخ فرکانسی مداری که در قالب یک سیستم LTI تعریف می شود به شکل نمودارهای نایکوئیست ، بود و نیکولز در داخل نرم افزار LabVIEW رسم می شود.

فیلتر اکتیو موازی تجهیزی است که به منظور جبرانسازی بارهای غیرخطی و نامتعادل، در کنار این بارها نصب می شود و با جذب جریان متناسب با جریان بار، باعث می شود جریان شبکه به شکل سینوسی و متعادل درآید. مهمترین اجزای سازنده فیلتر اکتیو موازی، اینورتر، یک منبع انرژی(معمولا خازن) و سلف رابط برای هر فاز می باشد. این نوع فیلتر دارای سه حلقه ی کنترلی می باشد که توان لحظه ای مبادله شونده، جریان لحظه ای فازها و ولتاژ خازن فیلتر را کنترل می کنند. در این مطالعه مروری بر کارهای قبلی در زمینه ی کیفیت توان و فیلتر اکتیو موازی انجام گرفته است و روش طراحی فیلتر اکتیو بررسی شده است. طراحی فیلتر اکتیو با مقایسه ی روش های پیشین و انتخاب روش های بهتر انجام گرفته است و پیشنهاداتی برای رفع نواقص روش های قبلی و بهبود آن ها ارائه شده است. انتخاب پارامترهای اجزای فیلتر، کنترل جریان اینورتر و کنترل ولتاژ خازن از بخش-هایی است که با روش نو انجام گرفته و برای هر یک شبیه سازی در سیمولینک انجام شده و نتایج مربوط بررسی شده است. در نیروگاه های تولید پراکنده مانند نیروگاه خورشیدی، معمولا ولتاژ از نوع مستقیم است و به منظور اتصال نیروگاه به شبکه نیاز به یک اینورتر است که معمولا نوع سه فاز بر نوع تکفاز ترجیح داده می شود. با توجه به اینکه فیلتر اکتیو نیز نیاز به اینورتر دارد، در صورتی که منبع توان در کنار بارهای غیرخطی قرار داشته باشد، می توان از فیلتر اکتیو به عنوان رابط نیروگاه نیز استفاده کرد که باعث کاهش هزینه می شود. در این رابطه تا کنون تحقیقات زیادی انجام گرفته است و طرح های مختلفی پیشنهاد شده است. در این تحقیق مقایسه ای بین توپولوژی های معمول انجام گرفته و به مشکلات آن ها اشاره شده است. در ادامه دو مساله اساسی این ترکیب، یعنی نصب مبدل DC و تاثیر نوسان ولتاژ خازن بر فیلتر و مولد مورد بحث قرار گرفته است که در نهایت منجر به ارائه ی توپولوژی جدیدی شده است که هدف آن حل دو مشکل فوق است. در توپولوژی جدید ایده ی استفاده از مبدل DC برای کاهش نوسان ولتاژ خازن اینورتر مورد توجه قرار گرفته است که هدف آن تثبیت ولتاژ خازن در نقطه ی بهینه ی کار فیلتر یا تولید توان در مولد است که منجر می شود به افزایش بهره وری در تولید توان و کاهش اعوجاج در جریان شبکه. این در حالیست که در این روش نیاز به افزایش ظرفیت خازن نیست و در ش

هدف اصلی این پایان نامه استفاده از عناصر FACTS در پایدارسازی شبکه قدرت است. ادوات FACTS امروزه در شبکه های قدرت بسیار مطرح هستند و ازجمله راه های پایدارسازی سیستم های قدرت محسوب می شوند.اما این عناصر باید کنترل شوند تا بتوانند به طور مناسب عمل نمایند. از رویکردهای نوین در کنترل سیستم های قدرت و به خصوص پایدارسازی آن، استفاده از روش های کنترلی است که یکی از این روش ها استفاده از تابع لیاپانوف برای طراحی کنترل کننده می باشد. این روش برای کنترل عناصر FACTS نیز به کاررفته اند. در این پایان نامه نیز با مدل سازی این روش را برای پایدارسازی گذرای سیستم های قدرت به کارخواهیم برد. پس از ارائه بحث تئوری و انتخاب یک تابع لیاپانوف مناسب، متناسب باانرژی سیستم، کنترل کننده برای عنصر موردبحث در این پایان نامه (یعنی UPFC) محاسبه می شود. با محاسبه کنترل کننده پیشنهادی برای UPFC خواهیم دید که در ساختار این کنترل کننده دو ضریب وجود دارد که می توان آن ها را به عنوان دو درجه آزادی محسوب نمود. ما به عنوان ایده اصلی این پایان نامه، از این درجات آزادی استفاده خواهیم نمود تا در حین کنترل و پایدارسازی شبکه قدرت به یک حالت بهینه نیز دست پیدا کنیم. یک شبکه نمونه ای برای شبیه سازی در نظر می گیریم و با ایجاد یک خطا آن را ناپایدار می نماییم. سپس خواهیم دید که UPFCکنترل شده با رویکرد پیشنهادی به نحو بهینه ای سیستم قدرت را پایدار خواهد نمود

پیشرفت های قابل توجه در تکنولوژی نیمه هادی ها و ظهور قطعات کلیدزنی با قابلیت بالا، منجر به بهبود کارآیی مبدل های الکترونیک قدرت و افزایش کاربرد این مبدل ها شده است. یکی از پرکاربردترین مبدل ها، اینورتر است که قابلیت تبدیل توان DCبه ACرا دارد. اینورتر در کاربردهای صنعتی و بویژه در سیستم های انرژی تجدیدپذیر دارای اهمیت ویژه ای بوده و این کاربردها به سرعت در حال گسترش است. در حالت ایده آل، اینورتر باید همواره سیگنال ولتاژ سینوسی کامل را نشان دهد، امّا به علت طبیعت غیرخطی کلیدها، شکل موج اینورترهای عملی حاوی هارمونیک های معین است. وجود هارمونیک منجر به افزایش افت ولتاژ، افزایش حرارت در موتورهای القایی، خطا در اندازه گیری و کاهش عمر تجهیزات متصل به خروجی اینورتر می شود. با قطعات نیمه هادی قدرت سریع، می توان با استفاده از روش های کلیدزنی مناسب، هارمونیک های خروجی را به نحو چشمگیری کاهش داد. مدولاسیون پهنای پالس موثرترین روش کنترل در اینورتر است که با تغییر زمان وظیفه کلیدها در کلیدزنی با فرکانس بالا، ولتاژ ACخروجی مطلوب را تولید می کند. در حالت عملی، کلید با تحریک توسط سیگنال کنترل نمی تواند بصورت آنی تغییر وضعیت دهد. بنابراین، در حین تغییر حالت بین دو کلیدی که بطور سری در یک ساق اینورتر منبع ولتاژ قرار می-گیرند، در دو سر منبع DCاتصال کوتاه رخ خواهد داد. در نتیجه، وارد کردن زمان تاخیر درسیگنال کنترل، ضروری است. گرچه طول مدت این زمان نسبتاً کوچک است، امّا تکرار این اثر در طول چند دوره تناوب، بخصوص در فرکانس کلیدزنی بالا، منجر به اعوجاج شدید شکل موج و کاهش مقدار موثر خروجی می شود. بدین ترتیب، هر چند زمان تاخیر کلیدزنی ایمن را تضمین می کند ولی بر عملکرد اینورتر تاثیر منفی دارد. بر همین اساس، در این پایان نامه دو هدف اصلی دنبال خواهد شد، بهینه سازی روش مدولاسیون پهنای پالس و جبرانسازی اثر زمان تاخیر در اینورتر منبع ولتاژ. در ابتدا با بکارگیری الگوریتم ژنتیک، یک مدولاسیون بهینه برای اینورتر جهت مینیمم کردن محتوای هارمونیکی ارائه شده است. شبیه سازی مدل کاهش هارمونیک در نرم افزار Matlabانجام شده و نتایج حاصله، کاهش قابل ملاحظه اعوجاج هارمونیکی را نشان می دهند. سپس، یک تکنیک جبرانسازی اثر زمان تاخیر پیشنهاد می شود. نتایج شبیه سازی اعتبار روش کنترلی پیشنهادی را به خوبی تایید می کن

در سیستم های توزیع توان راکتیو مصرفی تغییرمی یابد. تغییرات نامشخص توان راکتیو منجر به، تغییر ولتاژ در نقطه ی کوپل مشترک(PCC)، کاهش ضریب توان، بازده ی پایین، بهره برداری نامناسب از منابع تولید پراکنده و ایجاد تلفات سنکرون در اینورتر متصل به منابع تولید پراکنده می گردد. امروزه سیستم منابع تولید پراکنده(DG) بر اساس طرح کنترل جریان( PWM-VSI) برای سنکرون نمودن شبکه ی که شامل منابع تولید پراکنده می باشد، باعث پایدار نمودن شبکه می گردد. در این پایان نامه، جبران توان راکتیو بر اساس کنترل هیسترزیس و کنترل هیسترزیس وفقی برای اینورتر متصل به منابع تولید پراکنده می باشد، که به کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو می پردازد. و به بررسی رفتار دینامیکی در کنترل کننده ی جریان هیسترزیس وفقی در اینورتر های متصل به شبکه با استفاده از نرم افزار متلب می پردازد. کنترل توان اکتیو و راکتیو برای سیستم تولید پراکنده با استفاده از کانورتر منبع ولتاژ می باشد و کنترل توان اکتیو و راکتیو بر اساس تئوری توان لحظه ای می باشد.

مساله توان در حلقه از مشکلات بهره برداری از سیستم های قدرت بزرگ متصل است که غیر از ایجاد تلفات موجب تخلف از قیود امنیتی نیز می گردد. در این پایان نامه با استفاده از قابلیت های ادوات انعطاف پذیر جریان متناوب مساله تعدیل و کاهش توان در حلقه بررسی و مطالعه می گردد.

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.

در این پژوهشنحوه عملکرد مبدل منبع امپدانسی و انواع مختلف آن بررسی و گزارش شد و در ادامه یک ساختار جدید ار این مبدل به نام مبدل منبع امپدانسی دوطرفه DC به DC معرفی گردید. مبدل منبع امپدانسی، یک ساختار جدید در تبدیل قدرت در حوزه الکترونیک قدرت می-باشد که میتواند تمامی حالات تبدیل قدرت را که شامل AC-AC ،DC-DC،AC-DCوDC-AC می باشد با قابلیت اطمینان بالاتر نسبت به دیگر مبدل ها ،انجام دهد.این مبدل توانایی عبور توان را در هر دو جهت دارا می باشد که در این گزارش، این حالات مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته اند و روابط مربوط به معادلههای ولتاژ و جریان عناصر غیراکتیو مدار و معادلات تعادل مدار در هر دو حالت کاری با فرض ایده آل بودن تمامی عناصر مدار مورد بحث و تحقیق قرار گرفته است. بررسی معادلات جریان و ولتاژ حاکم بر مدار مبدل منبع امپدانسی دوطرفه در دو حالت انتقال و محاسبه معادلات بالانس عناصر غیراکتیو مدار که شامل سلف و خازن است، نشان داد که این مبدل در حالت انتقال از منبع 1 به منبع 2 مانند یک مبدل DC-DC افزاینده عمل می کند و در حالت انتقال از منبع 2 به منبع 1 که حالت حضور منبع جریان به عنوان منبع ورودی و انتقال توان از سمت راست مدار به سمت چپ میباشد به صورت یک مبدل DC-DC کاهنده عمل می کندو قابلیت کاهش ولتاژ ورودی را در خروجی دارد.مدل سیگنال کوچک مبدل منبع امپدانسی DC-DC دوطرفه با استفاده از روش متوسط گیری از فضای حالت محاسبه میشودکه این مدل مبنای اصلی طراحی کنترل کننده در کنترل حلقه بسته این مبدل می باشد. مبدل منبع امپدانسی DC به DCدوطرفه با استفاده از قطعات غیرایده آل در برنامه ی سیمولینک متلب شبیه سازی شد. برای بررسی عملکرد صحیح کنترلر در هر دو حالت نتایج مدل سازی با نتایچ سوئیچینگ بدست آمده از نرم افزار سیمولینک متلبمقایسه شده که این مقایسه نشان دهنده دقت بالای این مدل با مدل اصلی مبدل ارائه شده می باشد

موتورهای BLDC از جمله موتورهایی هستند که به سرعت توسعه یافته اند. موتورهای DC بدون جاروبک (BLDCM) به دلیل بازده بالا، گشتاور زیاد و حجم کم آنها به طور وسیعی در صنعت مورد استفاده قرارمی گیرند. موتور LDC برای کموتاسیون از جاروبک استفاده نمی کند. بلکه در آن کموتاسیون به صورت الکترونیکی صورت می پذیرد. موتور BLDC بطور مرسوم به موتور سنکرون مغناطیس دایم دارای Back Emf با شکل موج ذوزنقه ای معروف است. ابتدا سعی بر این است که یک کنترل کننده PID ذر محیط Matlab شبیه سازی شود ودر ادامه یک موتور براشلس مناسب جهت پیاده سازی کنترلرهایی که در ادامه پروژه طراحی خواهد شد انتخاب شود. سپس باتوجه به اطلاعات موجود از موتور مدل آن استخراج شود و در ادامه یک مدار کنترلی برای آن طراحی و پیاده سازی کنیم و مقادیر کنترل کننده با استفاده از ارتباط نرم افزار Labview با موتور بصورت آنلاین بر روی میکرو ریخته شود. خروجی سرعت های مختلف آن را بررسی کنیم و سپس بار مکانیکی به موتور متصل می کنیم و موتور در حالت بدون کنترلر و با PID کنترلر را بررسیمی کنیم و در نهایت نتایج شبیه سازی را با هم مقایسه می کنیم

برای استفاده از انرژی خورشیدی سیستم و مکانیزمی مورد نیاز است که شامل اجزائی از قبیل پنل خورشیدی، کانورتر، کنترل شارژ، باتری و اینورتر می باشد که هر کدام وظایف مختص به خود دارند از جمله این عناصر کانورترهای برق مستقیم هستند که وظیفه تثبیت و تامین یک انرژی با ولتاژ ثابت و توان حداکثر را برعهده دارند. این کار با استفاده از سوئیچینگ صورت می پذیرد بیشترین انرژی که در هر لحظه از سلول خورشیدی می توان دریافت نمود تابع کمیت های مختلفی می باشد از جمله میزان تابش، دمای محیط و غیره، برای دریافت بیشترین انرژی از این پنل ها در هر لحظه و یا جستجوی مداوم نقطه با ماکزیمم توان لازم است. الگوریتمی برای سوئیچینگ طراحی و به کار گرفته شود تا به هدف رسید. این الگوریتم را الگوریتم ردیاب نقطه بیشینه می نامند.. لذا ما در این پروژه چندین مدل کانورتر را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و ضمن ساخت یک کانورتر مدل افزایشی با سلف تزویج شده یک نوع از این الگوریتم را روی آن پیاده نموده و نتایج حاصله از آزمایش آن در آزمایشگاه در پایان آمده است

وجود بارهای صنعتی بزرگ در شبکه های توزیع سبب ایجاد اغتشاش در ولتاژ، کاهش ضریب توان و عدم تعادل بار در سه فاز می شود، که این موارد منجر به کاهش توان تحویلی به مصرف کننده و آسیب رسیدن به تجهیزات خواهد شد. علاوه بر این ضریب توان پایین و نا متعادلی بار، سبب کاهش ظرفیت شبکه، افزایش تلفات و نامتقارنی ولتاژ می گردد. در شبکه های برق به منظور جبران توان راکتیو از بانکهای خازنی و کندانسورهای سنکرون استفاده شده است. بانکهای خازنی برای جبران توان راکتیو و حفظ ولتاژ در سطوح مجاز آن کاربرد دارند. اما تغییرات دائمی بار، تنظیم ولتاژ با استفاده از بانک خازنی ثابت را عملاً غیر ممکن می سازد. به منظور حل این مشکل از بانکهای خازنی پله ایی استفاده می شود، اما عملکرد گسسته و پله ایی این بانکهای خازنی و سرعت پایین قطع و وصل آنها نیازهای سیستم قدرت را برآورده نمی کند. کندانسورهای سنکرون از قابلیت عملکرد پیوسته و سرعت پاسخ بالاتری نسبت به بانکهای خازنی برخوردارند اما بدلیل وجود اجزاء دوار، هزینه تعمیر و نگهداری نسبتاً بالایی دارند و سرعت پاسخ آنها نیز تحت تاثیر دینامیک کند روتور است. یکی از بهترین راه حلها به منظور جبران سازی سریع بار به نحوی که اثرات لحظه ایی بارهای بزرگ از جمله فلیکر حذف گشته و علاوه بر متعادل سازی بار و اصلاح ضریب توان، اندازه ولتاژ نیز بهبود یابد، استفاده از جبران کننده استاتیکی توان راکتیو در محل مصرف کننده است. موضوع این پایان نامه، ساخت یک جبران کننده استاتیک توان راکتیو در سطح فشار ضعیف می باشد که در سمت بار متصل می شود . در این پروژه اثرات نامتعادلی بار در تلفات توان، افت ولتاژ، نامتقارن شدن ولتاژ و ایمنی مصرف کننده ها بررسی خواهد شد. در نهایت یک دستگاه بالانس بار جهت متعادل نمودن شبکه، طراحی و ساخته می شود. مشخصات این نمونه که به صورت آزمایشگاهی ساخته و تست می شود، دارای سطح ولتاژ فشار ضعیف سه فاز ( 400 ولت) و سطح جریان 5 آمپر در فرکانس 50 هرتز می باشد. همچنین برای بخش کنترلی آن از میکروکنترلر AVR استفاده شده که با زبان BASCOM برنامه نویسی شده است. از جمله مشخصات این جبران کننده، سادگی در ساخت و برنامه نویسی، قیمت پایین، پاسخگویی سریع و قابل قبول آن می باشد.

امروزه یکسوکننده های کنترل شونده سه فازدر طیف وسیعی در صنعت کاربرد دارند، از یکسو کننده های کوچک گرفته تا یکسو کننده های بزرگ جریان مستقیم در کاربردهای خاص خود مورد استفاده قرار می گیرند. الکترولیز مواد شیمیایی، انواع درایو، کششش تجهیزات، کنترل تجهیزات قدرت نمونه از این کاربردها می باشند. گرچه توپولوژی یکسوکننده های سه فاربا کلیدهای قدرتی غیر کنترلی(دیودها) و نیمه کنترلی(تریستورها)به گذشته دور بر می گردد، ولی هنوزدر خیلی از جاها بکار می رود. از معایب عمده آنها افزایش هارمونیک در شبکه می باشد. یکسوکننده سه فازبا کلیدهای قدرتی تمام کنترلی همچون IGBT به کمک تکنیکهای کنترلی مدولاسیون پهنای پالس از توپولوژیهای عصر حاضرمیباشد. هر چند این مدارات در حال حاضر در دنیا وجود دارد ولی در داخل کشور کمتر به آنها پرداخته شده است. دراین پایان نامه یک روش کنترلی ساده، سریع و پایدار برای بهبود عملکرد یکسوکننده منبع ولتاژسه فاز با کلیدهای قدرتی IGBT درنظرگرفته شده که با استفاده از کنترلر FPGA پیاده سازی گردیده است. روش کنترلی پیشنهادی علاوه بر کنترل ولتاژ dc پیوسته خروجی، کاهش هارمونیک ورسیدن به ضریب توان واحد را برای یکسوکننده مهیا می کند. یکی از چالشهای زمینه الکترونیک قدرت پیاده سازی مدارات آن است که در تحقیق حاضربررسی مسائل پیاده سازی عملی مدار نیز مورد نظر بوده است. باتوجه به نتایج بدست آمده از طراحی و ساخت یکسوکننده بوست، راندمان بالا جریان مطلوب، پایین بودن میزان هارمونیک جریان وهمچنین ضریب توان با استفاده از یک فرکانس کلیدزنی بالا(10 کیلو هرتز)بطور قابل ملاحظه ای بهبودیافته است.

امروزه با توجه به پیشرفت هایی که صنعت برق داشته، روز به روز تجهیزات جدید در زمینه های مختلف ارائه می شود. یکی از تجهیزات که در سال های اخیر پیشرفت زیادی داشته ، ادوات و تجهیزات الکترونیک قدرت می باشد. این ادوات کاربرد های زیادی در مبدل ها، منابع تغذیه سوئیچینگ و دیگر تجهیزات دارند. علیرغم محاسن زیاد این تجهیزات، مشکلاتی مانند ایجاد نویز، تولید هارمونیک و ضریب قدرت پایین نیز دارا می باشند. بخشی از این مشکلات با ارائه روش های کنترلی مناسب قابل بهبود هستند. با توجه به معایب زیاد کنترلر های آنالوگ و پیشرفت های علم دیجیتال، نسل جدید کنترلر های دیجیتال مانند میکروکنترلر ، FPGA و DSP نقش تعیین کننده ای در کنترل ادوات الکترونیک قدرت ایفا می کنند. کنترل و پیاده سازی آسان و در عین حال دقت و سرعت پردازش بالا از جمله مزایای مهم کنترلر های دیجیتال می باشند. به همین دلیل در این پروژه از نسل جدید پردازنده-های FPGA برای کنترل دور یک موتور القایی استفاده شده است. بدین منظور یک اینورتر ولتاژ به همراه ماژول های مختلف ساخته شده است و در قسمت کنترلی نیز نیاز به پیاده سازی روش ها و الگوریتم های مختلفی مانند روشSpace Vector PWM و روش موج مربعی یکی از انگیزه های دیگر این تحقیق می باشد. در انتها نیز نتایج شبیه سازی و نتایج عملی ارائه شده است و تحلیل فرکانسی خروجی ها نیز در نرم افزار مطلب انجام شده است.

صنعت استفاده از نیروی برق روز به روز در حال گسترش بوده و تجهیزات جدید، زمینه را برای ایجاد زندگی راحتتر برای بشر فراهم نموده است. از جمله تجهیزات جدید صنعت برق در چند دهه اخیر میتوان به تجهیزات الکترونیک قدرت اشاره نمود. منابع تغذیه کلیدزنی، کنترل کنندههای الکترونیکی و دیگر تجهیزات از جمله این وسایل هستند. متاسفانه علیرغم محاسن بالای این تجهیزات، بحث ضریب قدرت پایین آنها باعث به وجود آمدن مشکلاتی برای بخشهای تولید و انتقال انرژی برق شده است که از آن جمله میتوان به اشغال ظرفیت تولید مراکز تولید و اشغال ظرفیت خطوط انتقال اشاره نمود. علاوه بر پایین بودن ضریب قدرت، ایجاد نویز و تولید هارمونیک نیز از دیگر مشکلات رایج به وجود آمده توسط این تجهیزات است. روشهای مختلف کنترل آنالوگ برای بهبود ضریب توان این تجهیزات و به خصوص منابع تغذیه کلیدزنی به وجود آمده که هر کدام دارای مزایا و معایبی است. تحقیق و پیادهسازی روشهای مختلف کنترلی در حوزه دیجیتال و استفاده از کنترل کنندههای جدید بخشی از مسایل تحقیقی در حوزه الکترونیک قدرت دنیای امروز است که در FPGA و DSP همانند انجام این پایاننامه سعی شده است تا بخشی از این تلاشها تحقق یابد. از نکات بارز و نو در انجام این FPGA پایاننامه، تحقق بخشی از کنترل کنندهها با استفاده از آخرین نسل کنترل کنندههای امروز یعنی است. نتایج حاصل از شبیهسازی به همراه نتایج عملی از تستهای انجام شده بر روی یک نمونه مبدل ساخته شده در انتها آورده شده است.