Mohamadmahdi Shahbazi

مديريت انرژي در هنگام بهره برداري از خودروهاي الكتريكي امري ضروري ميباشد. سيستمهاي ذخيره سازي انرژي تركيبي به دليل عملكرد بهبود يافتهشان در مقايسه با منابع انرژي منفرد توجه بيشتري را به خود جلب كردهاند. با توجه برخي محدوديتهاي باتريها در تامين توان خودروهاي برقي نظير 1 -عدم توانايي در تامين تقاضاي آني توان ، 2-دماي زياد در زمان شارژ و 3 -افت ظرفيت اسمي در دراز مدت ، يك ابر خازن در جهت رفع اين محدوديت بكار برده خواهد شد. ابرخازن در مقايسه با باتري خصوصيات متفاوتي دارد. از لحاظ تامين توان رتبهي باالتري دارد و ميتواند به طور موثر و سريع به تقاضاي بار پاسخ دهد و به طور معقول در محدوده ي دمايي گسترده- تري )از 40 تا 70 درجه( كار ميكنند. ولي با اين اوصاف، باتوجه به اينكه ابرخازنها نسبت به باتريها تراكم انرژي كمتري دارند، مشكل ابرخازنها عدم توانايي در تامين نيرو براي مسافتهاي باال است. در اين زمينه، ايده اصلي در روش پيشنهادي تركيب اين دو براي غلبه بر كمبودهاي باتري و ابرخازن و همچنين دستيابي به عملكرد بهتر مطرح ميگردد، چرا كه ابرخازنها گزينه مناسبي براي پر كردن خال تقاضاي پيك توان )مخصوصا زماني كه توان خروجي باتري كارايي الزم را نداشته باشد( هستند. با توجه به اين كه كار با اين سيستم تركيبي )باتري و ابرخازن( كار سادهاي نيست و همچنين براي هماهنگي باتري و ابرخازن در جهت تامين تقاضاي پيك توان يك استراتژي تركيبي عصبي- فازي ارائه شده است. در استراتژي پيشنهادي تقاضاي توان در شرايطي كه نوسان يا فركانس پاييني دارد توسط باتري و در زماني كه مولفهاي با فركانس باال دارد توسط ابرخازن تامين ميگردد. در ابتدا تبديل موجكبراي تجزيه آفالين تقاضاي توان بار به دو مولفه فركانسي مختلف )بر اساس پهناي باند متناوب باتري و ابرخازن( به كار برده ميشود. سپس مدل شبكه عصبي با كمك دادههاي فركانسي به دست آمده از مرحله قبل آموزش داده ميشود. وروديهاي مدل شبكه عصبي، تقاضاي توان بار و مولفهفركانس پايين آن ميباشند و خروجي مدل، تقاضاي تواني است كه باتري بايد آن را تامين نمايد. بر اين اساس تقاضاي توان فركانس باال به صورت آنالين محاسبه و به ابر خازن توزيع ميشود. در مرحله پاياني، كنترل كننده نظارتي بر مبناي منطق فازي در اين استراتژي براي مديريت ولتاژ ابرخازن طراحي ميگردد. روش پيشنهادي در محيط نرم افزار متلب شبيه سازي
Thesis summary

چكيده: پيشرفت هاي روزافزون در منابع انرژي توزيع شده و افزايش ميزان تقاضا در شبكه هاي توزيع، بهره برداران را بر آن داشته تا شيوه هاي مديريتي را در راستاي استفاده از تجهيزات، جهت تأمين بهينه ميزان تقاضا به كارگيرند. پيشنهاد و توسعه يك سازوكار اقتصادي معقول و كارآمد موضوع مهمي در سيستم هاي توزيع به شمار مي رود. رابطه اقتصادي بين نهادها و بخش هاي يك شبكه توزيع اعم از ريز شبكه ها نياز به مطالعات بنيادي دارد. اين مسئله مي تواند در قالب بررسي تأثير معاملات بين شبكه توزيع و ريز شبكه هاي متصل به آن مورد تجزيه وتحليل قرار گيرد. مبادله انرژي مستقيم بين ريز شبكه ها يك رويكرد نوآورانه براي مديريت تعداد فزاينده منابع انرژي توزيع شده در ريز شبكه ها يا سيستم هاي انرژي محلي است. در اين ساختار، خريداران و مصرف كنندگان مستقيماً با يكديگر تجارت و مبادله قدرت و انرژي مي كنند. ازاين رو، در اين پايان نامه، ابتدا دو ريز شبكه كه اولي شامل پنل خورشيدي، ذخيره ساز انرژي باتري و بار الكتريكي بوده و دومي داراي تجهيزات ديزل ژنراتور و سيستم توليد هم زمان حرارت و توان در كنار بارهاي الكتريكي و حرارتي است موردمطالعه قرار مي گيرد. اين ريز شبكه ها در مجاورت شبكه توزيع به بهره برداري مي رسند. علاوه بر اين، يك مبادله مستقيم انرژي بين ريز شبكه ها براي بررسي اثرات چنين سازوكاري در نظر گرفته مي شود. براي اين ساختار يك مدل رياضي استخراج مي گردد كه در انتها به كمك الگوريتم بهينه سازي مبتني بر آموزش و يادگيري، كه الگوريتمي تكاملي و مبتني بر جمعيت اوليه مي باشد، سود حاصل از مبادله دوطرفه بين نواحي مختلف براي ريز شبكه ها به حداكثر مي رسد. اين مدل در قالب يك مسئله بهينه سازي 24 ساعته (برنامه ريزي روز بعد) تصميم گيري مي كند و سود حاصل از بهره برداري و دادوستد انرژي را بيشينه مي كند. نرم افزار متلب جهت پياده سازي مسئله پيشنهادي استفاده شده و دو سناريو مختلف طراحي شده است. نتايج نشان مي دهد كه ارتباط مؤثر بين ريز شبكه ها و تبادل دوطرفه انرژي مي تواند سودآوري اقتصادي قابل توجهي را به همراه داشته باشد. به صورت خاص و ازنقطه نظر نتايج عددي، خروجي ها نشان مي دهد سود حاصل از دادوستد براي ريز شبكه اول در حالت وجود دادوستد مستقيم بين ريز شبكه ها (سناريو دوم) نسبت به عدم وجود اين ارتباط (سناريو اول) حدود 21 درصد افزايش مي ي
Thesis summary

با پيشرفت فناورى و به وجود آمدن المان ها و مدارهاى جديد نوع جديدى از بارها به وجود آمد كه لازمست توان راكتيو آن ها جبران شود. براي جبران توان راكتيو از تابلوهاي خازني در صنايع مختلف استفاده مي شود. خازن ها انواع مختلفي دارند كه در اين پايان نامه خازن الكتروليتي مورد بحث قرار گرفته شده است. خازن هاي الكتروليتي به طور گسترده در مراكز صنعتي و همچنين در مبدل هاي الكترونيك قدرت مورد استفاده قرار مي گيرند. با اين حال، خازن هاي الكتروليتي تحت تاثير عوامل محيطي اعم از آلودگي شيميايي و رطوبت و درجه حرارت و عوامل الكتريكي مانند شرايط كاري خازن قرار مي گيرند كه منجر به پيري و فرسودگي اين خازن ها مي شوند. در اين پايان نامه ابتدا استاندارد هاي IEC و IEEE در ارتباط با آلودگي هاي محيطي خازن ها مورد بررسي قرار گرفته شده; سپس انواع مختلفي از خازن ساخت چند شركت معتبر همراه با شرايط محيطي و كاركردي خازن ها مورد بحث و بررسي قرار گرفته شده است. در ادامه، مدل سازي پيري و فرسودگي خازن هاي الكتروليتي با توجه به الگوريتم هاي پيش بيني شرايط كاركردي خازن و معيار ESR شبيه سازي شده است. عوامل موثر بر طول عمر خازن هاي الكتروليتي عبارتند از: دماي كاري، جريان خازن و ولتاژ كار آن. همچنين پيري و فرسودگي خازن ها را با توجه به ESR خازن مي توان تخمين زد. در اين پايان نامه با شبيه سازي سيستم فتوولتائيك خورشيدي و مبدل DC به DC و قرار دادن خازن كوپلينگ مي توان به كمك معيار ESR پيري و فرسودگي خازن كوپلينگ را توصيف نمود. به طوري كه, با افزايش يا كاهش مقدار ESR ريپل هاي ولتاژ و جريان افزايش يا كاهش مي يابند و مي توان سلامت خازن را تشخيص داد .
Thesis summary

هارمونيك ها ولتاژ و جريان هاي الكتريكي هستند كه در شبكه قدرت بر اثر نوعي از بارهاي الكتريكي به وجود مي آيند و مي توانند باعث بروز مشكلاتي در خطوط انتقال تلفن، تخريب هادي ها و مواد عايق موتورها و ترانسفورماتورها شوند. جريان هاي هارمونيك تاثير قابل توجهي بر سيستم هاي قدرت و تجهيزات تغذيه كننده آن ها دارند بنابراين در هنگام برنامه ريزي جهت ساخت و يا تغيير يك سيستم، توجه به اثرات هارمونيك ها مهم مي باشد. علاوه بر اين شناسايي محل و اندازه بارهاي غيرخطي مهم ترين بخش از برنامه هاي تعمير و نگهداري، عيب يابي و اصلاح برنامه ها است. بروز هارمونيك در سيستم هاي قدرت، اولين پيامد وجود عناصر غيرخطي در شبكه است. عنصر غيرخطي، عنصري است كه جريان آن متناسب با ولتاژ اعمالي نمي باشد. افزايش چند درصدي ولتاژ ممكن است باعث دو برابر شدن جريان و تغيير شكل موج جريان و در نتيجه ايجاد اعوجاج هارمونيكي شود. همان طوري كه هارمونيك ها در طول سال ها افزايش مي يابند لازم است به طور موثر پيگيري هاي لازم در هنگام ساختن و يا تغيير تجهيزات براي بررسي نفوذ آن ها انجام گيرد. در نتيجه استفاده از ابزار لازم براي حذف هارمونيك ها و در نتيجه بهبود كيفيت توان امري ضروري است. همواره با افزايش تقاضا براي بهبود كيفيت توان مؤثرترين تكنيك براي حذف هارمونيك يعني فيلتر فعال مورد استفاده قرار گرفته است. به طور معمول سيستم كنترلي فيلتر فعال از سه بخش 1- شناسايي هارمونيك ها 2- تنظيم ولتاژ سمت dc فيلترفعال 3- توليد سيگنال مرجع براي سوئيچ هاي فيلتر فعال تشكيل مي شود. مهمترين بخش در كنترل فيلتر فعال شناسايي هارمونيك ها و جدا سازي آن ها از بخش اصلي جريان بار و همچنين همگام سازي سيگنال حاصله با ولتاژ شبكه توسط PLL است. استفاده از PLL هاي متداول زماني كارآمد است كه منبع ولتاژ سينوسي و متعادل باشد، در غيراين صورت اين روش عملكرد مناسبي نخواهد داشت و منجر به افزايش هارمونيك ها در جريان بار مي شود. در اين پروژه از يك PLL جديد براي همگام سازي استفاده مي شود كه در برابر نامتعادل و اعوجاجي بودن شبكه عملكرد مناسبي را نشان مي دهد و عمليات همگام سازي را به درستي انجام مي دهد.
Thesis summary

نياز به مبدل هاي dc-ac حالت جامد براي بهبود كيفيت توان در بخش اصالح ضريب توان ) PFC ،)كاهش اعوجاج هارمونيكي كل ) THD )در شبكه هاي ورودي اصلي و تنظيم ولتاژ دقيق خروجي dc ،انگيزه ي پيشنهاد چندين توپولوژي بر پايه ي مبدل هاي كالس يك ازجمله باك، بوست و باك بوست را اي جاد كرده است. دراينبين، مبدل هاي بوست كه در حالت پيوستهي جريان ) CCM )كار ميكنند، به دليل كاهش سطح تداخل مغناطيسي ) EMI )ناش ي از آن، محبوبيت ويژهاي پيدا كردهاند؛ اما با توجه به رفتار غيرخطي تصحيح كننده ي ضريب توان بوست كنترل كنندههاي كالس يك توانايي كنترل مناسب در تمام شرايط كار را نخواهند داشت. عالوه بر اين كالس يك با تغييرات ديناميك س يستم به علت تغييرات پارامترهاي س يستم توانايي عملكرد مقاومي ندارند. در اين راستا، اين تحقيق ابتدا به بررس ي جامع تعدادي از مبدل هاي تك فاز و موازي شدهي بوست براي كاربردهاي اصالح ضريب توان مي پردازد. سپس عملكرد كنترلكنندههاي كالس يك و هوشمند براي كنترل تصحي ح كنندهي ضريب توان بررس ي ميگردد. در ادامه يك كنترل كننده مبتني بر فازي جهت تصحي ح كنندهي ضريب توان تك فاز و موازي شده طراحي ميگردد. كنترلكننده طراحي شده براي PFCهاي تك فاز و موازيشده در نرم افزار متلب شبيه سازي ميگردد و پاسخ هاي س يستم به ازاي تغييرات بار در حضور كنترلكننده كالس يك و هوشمند مقايسه مي شود. نتايج شبيهسازي نشان ميدهد كه كنترلكننده هوشمند مبتني بر فازي در كاهش باال زدگي جريان و ولتاژ نسبت به كنترل كالس يك موفق تر بوده است. همچنين نتايج شبيهسازي نشان ميدهد كنترل كننده مبتني بر فازي توانسته است عملكرد مقاومي در برابر تغييرات پارامترهاي س يستم فراهم نمايد.
Thesis summary

چكيده: با افزايش آلودگي هوا خودرو هاي الكتريكي با استقبال زيادي مواجه شده است. خودرو هاي الكتريكي از قطعات زيادي تشكيل شده است؛ از مهم ترين قطعات در خودروي الكتريكي باتري و موتور الكتريكي در آن است. سيستم ارتباطي بين موتور الكتريكي و باتري يك مبدل DC است. مبدل DC در خودروي هاي الكتريكي بايد قابليت انتقال توان در دو جهت را داشته باشند. مبدل پيشنهادي در چهار عمل در خودروي الكتريكي كاربرد دارد. در مرحله اول زماني خودروي الكتريكي در حالت عادي حركت كند عمل كاهش سطح ولتاژ انتقالي از باتري به موتور الكتريكي را انجام مي دهد. مرحله دوم زماني كه قصد شتاب گيري سريع را با ماشين الكتريكي داشته باشيم در اين حالت مبدل افزايش سطح ولتاژ از باتري به موتور الكتريكي را انجام مي دهد. در مرحله سوم زماني قصد كاهش سرعت خودرو يا خودرو الكتريكي در سرازيري باشد در اين لحظه موتور الكتريكي به مولد الكتريكي تبديل مي شود و مبدل پيشنهادي وظيفه افزايش سطح ولتاژ انتقالي از موتور الكتريكي به باتري را دارد. مرحله چهارم زماني كه در خودروي الكتريكي قصد كاهش سريع سرعت را داشته باشيم كه در اينجا موتور الكتريكي در حالت ترمزي قرار مي گيرد كه مي تواند توان الكتريكي با سطح ولتاژ زيادي را توليد كند كه مبدل پيشنهادي در اينجا عمل كاهش ولتاژ توليدي موتور الكتريكي به باتري انجام مي دهد. مبدل DC پيشنهادي قابليت انتقال توان در دو جهت و همچنين قابليت كاهش يا افزايش ولتاژ را در دو جهت را دارد. مبدل پيشنهادي از لحاظ ساختار از چهار مبدل پايه تشكيل شده است. در مبدل پيشنهادي از مبدل چوك در دو جهت براي كاهش ولتاژ و از مبدل سپيك و سپيك معكوس (زتا) براي افزايش ولتاژ استفاده مي شود. از مهم ترين مزيت اين مبدل مي توان به سوييچ هاي كمتر؛ استفاده از المان هاي كمتر؛ حجم كمتر نسبت به مبدل به صورت تكي مي توان نام برد. در اين مبدل در حالت ايده آل از پنج سوييچ كه دو سوييچ فقط براي قطع و وصل و از سه سوييچ به عنوان سوييچ هاي كليدزني مورد استفاده قرار گرفته شده است. در اين پايان نامه از كاربرد مبدل دو طرفه در انرژي هاي تجيد پذير و در خودرو هاي الكتريكي آورده شده است. براي اثبات عملكرد مبدل پيشنهادي در حالت تئوري معادلات اين مبدل پيشنهادي را در حالت پيوسته در حالت جرء به جزء به دست آورديم. براي اثبات عملكرد مبدل پيشنهادي با استفاده از نرم
Thesis summary

با توجه به مسائل زيست محيطي پژوهشهاي مرتبط با خودروهاي الكتريكي در سراسر جهان افزايش يافته است. خودروهاي الكتريكي براي فراهم كردن مشاركت مطلوب در شبكه هاي آينده بايد داراي يك سري الزامات ضروري باشد. بنابراين انتقال دو جهته توان براي انتقال توان از شبكه به باطري و همينطور از باتري به شبكه راندمان بالا چگالي توان بالا ،روش هاي كنترلي مناسب براي افزايش چرخه عمر باتري، و همچنين امكان اصلاح ضريب توان است. مبدل ايزوله با بهره گيري از تكنيك سوئيچينگ نرم براي شارژ وسايل نقليه الكتريكي انتخاب شده است كه عمل سوئيچينگ نرم در سمت اوليه و ثانويه را بدون هيچگونه قطعات اضافي انجام مي دهد. همچنين يك كنترل كننده براي مبدل فوق طراحي شده است. از آنجا كه بهبود كيفيت توان ورودي در هر وسيله الكترونيك قدرت از مشخصات مهم به حساب مي آيد، اين كنترل كننده با تنظيم جريان ورودي در سمت اوليه ضريب توان را اصلاح خواهد كرد. حلقه كنترل جريان پيشنهاد شد ميتواند به خوبي مرجع جريان ورودي مبدل را دنبال كند و ميزان اعوجاج هارمونيكي كل را كاهش دهد. در اين پايان نامه يك الگوريتم كنترلي براي تعيين خودكار حالت كاري مبدل ارائه شده است علاوه بر اين حلقه قفل سازي پيشنهاد شده است ميتواند پايداري بهتره فركانس را فراهم كند براي تاييد صحت طراحي عملكرد سيستم پيشنهادي در نرم افزار شبيه سازي متلب شبيه سازي شده است نتايج از جهت هارمونيك با كنترل كننده هيسترزيس مقايسه گرديد كه نتايج نشان از كاهش هارمونيك نسبت به كنترل كننده هيسترزيس دارد
Thesis summary

مبدل منبع ولتاژ (VSI) به طور گسترده در سيستم PV مورد استفاده قرار مي گيرد،كه با مبدل بوست DC-DC بين منبعPV و اينورتر ، ولتاژ در سراسر اينورتر مي تواند به راحتي تنظيم شود و ديگر قابليت ها مانند رديابي حداكثر نقطه قدرت (MPPT) نيز مي تواند اجرا شود.با اين وجود داراي نقايص متعددي است، براي نمونه داراي محدوديت در افزايش ولتاژ قبل از اينورتر مي باشد.و همچنين داراي اجزاي اضافي و پيچيدگي در كنترل است كه اين موارد باعث تلفات مي گردد.توپولوژي اينورتر منبع امپدانسي در ابتدا با استفاده از يك اينورتر باك بوست در يك تبديل تك مرحله اي معرفي شد.در اين نوع ساختار مشكل همپوشاني بين سوييچ هاي اينورتر و اعوجاج در جريان خروجي اينورتر را به دليل معرفي زمان مرده حذف مي كند.با اين حال معايب جريان ورودي گسسته (ناپيوسته) و ولتاژ بالا در هر دوخازن آن وجود دارد. يك نسخه بهبود يافته از مبدل منبع امپدانسي به نام مبدل شبه منبع امپدانسي گزينه اي بهتر را با جريان ورودي پيوسته و استرس ولتاژ پايين تر در يكي از خازن هاي آن ارائه مي دهدو نيز با همان تعداد قطعات مبدل منبع امپدانسي داراي مزاياي ديگري مي باشد، براي نمونه داراي يك لينك DC معمولي با منبع PV وسوييچ اينورتر است كه امكان استفاده ساده تر از ذخيره ساز انرژي را فراهم مي سازد .مبدلهاي شبه منبع امپدانسي داراي هارمونيك هاي جريان و ريپل ولتاژ متناظر در باس DCهستند. كه براي از بين بردن ريپل ولتاز بانك خازني بزرگي مورد نياز است.اين تحقيق يك فيلتر قدرت فعال (APF) براي مبدل شبه منبع امپدانسي تك فاز معرفي مي كند.كه مي تواند هارمونيك لينك DC را برطرف كند، از اين رو مبدل شبه امپدانسي به خازن ها و سلف هاي كوچكتري نياز دارد و هزينه و حجم سيسيتم كاهش مي بابد.و در ادامه دو سويه بودن مبدل شبه امپدانسي با ارائه دو كنترل كننده جدا از هم(يكسو ساز و اينورتر) نشان داده شده كه ساختار پيشنهادي به منظور استفاده در خودروهاي الكتريكي بسيار پركاربرد مي باشد.در مرحله اول با استفاده از يكسوساز با فيلتر اكتيو يك توان بدون ريپل به باتري تحويل داده شده ،سپس با جدا شدن مبدل از شبكه بار مبدل به مد اينورتري رفته و يك توان بدون ريپل و مقاوم در برابر اغتشاشات را به بار تحويل مي دهد.كه مطالب عنوان شده به خوبي توسط نرم افزار سيمولينك متلب نشان داده شده است.
Thesis summary

ريزشبكه بخشي از سيستم توزيع است كه شامل توليد كننده هاي پراكنده، ذخيره سازها، بارهاي محلي و سيستم كنترل است و مي تواند در حالت متصل يا مستقل عمل كند. ريزشبكه ها بر خلاف شبكه هاي سراسري به خاطر بهره گيري از توليد كننده هاي پراكنده DC مزيت استفاده از ريزشبكه هاي DC را نيز دارد. ريزشبكه هاي DC به دليل استفاده كمتر از مبدل ها، عدم نياز به كنترل فركانس و جهت گيري بيشتر بار ها به سمت بار هاي DC داراي مزيت بيشتري نسبت به ريزشبكه هاي AC هستند. ريزشبكه ها معمولاً به دو حالت جزيره اي و متصل به شبكه كار مي كند. با گسترش ريزشبكه هاي DC نياز به گسترش اين ريزشبكه ها بسيار اهميت دارد ولي با افزايش تعداد باسبار ها در ريزشبكه هاي DC نياز به استفاده از از يك استراتژي كنترلي براي كنترل تبادل توان بين اين باسبار ها بوجود مي آيد. در حالت جزيره اي سيستم كنترل وظيفه ي برنامه ريزي توان خروجي از توليد كننده هاي پراكنده، تنظيم ولتاژ باس ها، كنترل قطع بار و وصل بار و در كل وظيفه كنترل تبادل توان بين اجزاي باسبار و تبادل با باسبار هاي ديگر را در ريزشبكه بر عهده دارد. در ريزشبكه هاي جزيره اي وظيفه كنترل توليد كننده هاي پراكنده در ريزشبكه هاي DC را معمولاً كنترل افتي بر عهده دارد ولي براي كنترل ساير تبادلات تواني نياز به طراحي كنترل كننده هاي ديگري است. در اين پايان نامه دو استراتژي كنترلي طراحي شده است كه يكي براي كنترل زير–ريزشبكه و ديگري براي كنترل تبادل توان بين زير–ريزشبكه و باسبار همسايه است. استراتژي ارباب و رعيت وظيفه كنترل تبادل توان بين سيستم ذخيره ساز انرژي، توليد كننده هاي پراكنده و بار را در زير–ريزشبكه بر عهده دارد كه با استفاده از ولتاژ زير–ريزشبكه به عنوان سيگنال مشترك اقدام به كنترل همزمان اجزا مي كند. در اين استراتژي واحد باتري به عنوان واحد ارباب و واحد هاي ديگر به عنوان واحد رعيت عمل مي كنند. استراتژي كنترلي ديگر استفاده از يك كنترل كننده فازي براي كنترل مبدل هاي خروجي باسبار ها براي كنترل تبادل توان در صورت وجود اضافه بار و يا حتي امكان توليد توان بيشتر توسط يكي از زير–ريزشبكه ها و نياز در باسبار همسايه صورت مي گيرد. در اين كنترل كننده فازي با استفاده از ولتاژ باسبار هر يك از زير–ريزشبكه ها و تغييرات ولتاژ باسبار زير–ريزشبكه ها به عنوان ورودي و جريان مرجع به عنوان خروجي اقدا
Thesis summary