وبلاگ

1-1- تعریف و اهمیت مسئله

این تحقیق به بهینه سازی شاخصهای قابلیت اعتماد سیستمهای توزیع انرژی الکتریکی- از دیدگاه کیفیت توان- با حضور منابع تولید پراکنده اختصاص دارد. امروزه در کنار تجهیز سیستم ها، قابلیت اعتماد آنها به طور جدی مطرح بوده و جزء لاینفک عملکرد آنهاست. در ارزیابی قابلیت اعتماد میزان توانایی سیستم در ارائه عملکرد صحیح محوله محک زده میشود، بنابراین میتواند به مجرائی جهت بهبود آن سیستم تبدیل گردد. این بحث در سیستم های قدرت نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با توجه به وسعت سیستم قدرت و نحوه ارتباط بخشهای تولید، انتقال و توزیع با یکدیگر، رده های سلسله مراتبی HLI و HLII و HLIII مطرح گردیده و سیستمهای توزیع در رده HLIII مورد بررسی دقیق قرار میگیرند. شبکه توزیع گستردهترین بخش سیستم قدرت است که نقاط مصرف را به منابع انرژی الکتریکی ارتباط داده و از نظر جغرافیایی مساحت بسیار زیادی را تحت پوشش قرار میدهد. بنابراین هر بهینه سازی به ظاهر کم اهمیتی چون در ابعاد وسیع اعمال میگردد، می تواند صرفه جویی زیادی در هزینه ها را به دنبال داشته باشد. مورد دیگر جایگاه ارزیابی قابلیت اعتماد در سیستمهای توزیع به حجم وسیع اتفاقات و خرابیهای بوجود آمده مستقل از گستردگی مداری آن مربوط میگردد. بر این اساس ارزیابی قابلیت اعتماد شبکههای توزیع از اهمیت و اولویت ویژهای برخوردار خواهد بود. از سوی دیگر در شبکه های توزیع امروزی، به خصوص با روند رو به رشد خصوصی سازی و رقابتی شدن بازار برق، هدف اولیه شرکتهای توزیع پایین آوردن هزینه های مربوط به بهره برداری، نگهداری و ساخت شبکه خود و همزمان بالا بردن قابلیت اطمینان شبکه، کیفیت برق و رضایت بیشتر مشترکین میباشد. یکی از روشها برای پاسخ گویی به رشد بار و نیز تامین سطح مشخصی از قابلیت اطمینان، استفاده از منابع تولید پراکنده میباشد. تولید پراکنده معمولاً به واحدهای تولیدی با ظرفیت کمتر از 10 مگاوات گفته میشود که به طور مستقیم به شبکههای توزیع یا سرویس مشترکین متصلند. تکنولوژیهای مختلفی از جمله توربینهای گازی کوچک، پیلهای سوختی، توربینهای بادی، سلولهای خورشیدی و…. در واحدهای تولید پراکنده مورد استفاده قرار میگیرد.

قابلیت اعتماد در سیستمهای قدرت گستره زیادی داشته و تاکنون فعالیتهای تحقیقاتی در این خصوص بیشتر به دو بخش تولید و انتقال معطوف بوده و به بخش توزیع توجه کمتری شده است. شاید یکی از دلایل این کار مقیاس بسیار بالایی از خرابی باشد که می تواند از این بخشها منشاء گیرد. اما تعداد خرابیها در سیستم – بسیار گسترده – توزیع نیز قابل توجه بوده و قرار دادن آن در درجه های پایین اولویت می تواند موجب تحمیل هزینه های سنگینی شده و نمیتواند استدلال عملی دقیقی داشته باشد.
بحث قابلیت اعتماد شبکه های توزیع زمینه های فراوانی جهت تحقیقات داشته و بکارگیری علوم مختلف از جمله ریاضیات پیشرفته و علوم کامپیوتر به تنوع و کارائی روش های مربوطه میافزاید. به همین دلیل مطالب، مقالات و کنفرانسهای علمی ارائه شده در این ارتباط پیشرفت روزافزونی را نشان میدهد، اما در عین حال در اکثر مطالعات انجام شده کمتر به ارزیابی همزمان شاخصهای قابلیت اطمینان و مباحث کیفیت توان پرداخته شده است.
لذا در این پایان نامه، شاخصهای قابلیت اطمینان سیستمهای توزیع بر اساس قطعیهای ناشی از فلش ولتاژ در نظر گرفته شده اند. از  دلایل این امر و رویکرد به مسائل کیفیت توان میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
1- حساسیت بیشتر تجهیزات الکتریکی کنونی در مقایسه با تجهیزات مورد استفاده در گذشته.
2- افزایش استفاده از تجهیزاتی که موجب کاهش کیفیت برق میگردند.
3- افزایش آگاهی مشترکین و مصرف کنندگان انرژی الکتریکی از مقوله کیفیت برق و آگاهی از تاثیر کیفیت برق بر عملکرد مناسب و عمر مفید تجهیزات.
4- تاثیر متقابل تجهیزاتی که باعث عدم کیفیت برق در یک شبکه به هم پیوسته میشوند.
روشهای متعددی در خصوص مدل سازی و ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه های توزیع مطرح و ارائه شده است و تحقیقات و مطالعات در این زمینه همچنان ادامه دارد. به طور کلی روشهای ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه های توزیع را میتوان به دو دسته ی عمده ی تحلیلی و شبیه سازی تقسیم نمود. در روشهای تحلیلی که کاربرد فراوانی در مطالعات مهندسی قابلیت اطمینان سیستمهای توزیع دارند، فیدر و تجهیزات مربوطه در قالب ریاضی به صورت اجزای سری یا موازی مدل میشوند و شاخصهای مربوطه در زمان نسبتاً کوتاهی محاسبه میشوند.

:
در این سمینار استاندارد IEEE802.16 را كه بیشتر و به طور متداول به Wimax (دسترسی میكرویوو برای ارتباط دو وسیله با هم به صورت جهانی) معروف شده است تشریح می كنیم. این استاندارد سالها در دست ساخت بود و ساخت آن در ژوئن 2004 به پایان رسید. در این سمینار تلاش خواهد شد كه یك دید مختصر و كلی فنی استاندارد 802.16 را از میان مشخصات آن داده و سپس توسط یك سری مباحثی مانند اینكه چگونه این تكنولوژی می تواند نقش انتقال سه گانه داده، صدا و تصویر را با هم ایفا كند ادامه داده می شود. Wimax در ارتباطات از راه دور تغییراتی را خواهد داد به طوریكه این تغییرات شبكه در سرتاسر جهان امروزی مشهود می باشد.
از زمانیكه تلفن شروع به كار كرده است تأمین كنند گان سرویس ازرقابت توسط تكیه بر سرمایه گذاری گزاف برای گسترش یك شبكه تلفن دوری گزیده اند. هزینه گسترش سیمهای مسی، ساختمان سوئیچها و اتصال سوئیچهای ایجاد شده یك محدودیت غیر قابل عبور برای داخل شدن برا ی دیگر رقیبان به این عرصه نیز می باشد. در بیشتر جهان، هزینه بالای این زیرساخت سرویس دهی تلفن را محدود كرده است. Wimax یك ارتباط نقطه به نقطه (مشترك به مشترك ) را با محدوده 50km (30mile به همراه ظرفیت 72mbps پیشنهاد داده است. این تكنولوژ ی یك ارتباط NLOS (مسیر غیر خط مستقیم) با محدوده 4mile را نیز پیشنهاد داده و همینطور، این مدل در یك توزیع نقطه به چند نقطه در هر پهنای باندی برای تقریباً هر تعداد مشتركی كه به تراكم مشترك و ساختار شبكه وابسته است می تواند توزیع شود. شكل 1-1 این امكانات محرك را نشان داده است.
(*) شبكه های ارتباط راه دور نیازمند به یك دسترسی به شكل تناوبی می باشند:
فهمیدن كار اصلی یك شبكه تلفن سوئیچ شده عمومی (PSTN) به بهترین نحو، دانستن 3 جزء اصلی آن است: دسترسی، سوئیچینگ و

 انتقال. هركدام از این اجزاء تاریخچه بالای صد سال PSTN را نشان می دهد. دسترسی، به چگونگی دسترسی مشترك به شبكه، اشاره دارد، سوئیچینگ به چگونگی تلفن كردن در داخل شبكه، كه سوئیج شده یا مسیردهی شده است، اشاره دارد و انتقال هم در مورد چگونگی انتقال صدا در سرتاسر شبكه توضیح می دهد.

(*) سوئیچینگ:
PSTN یك شبكه ستاره ای است. در این شبكه هر مشتركی به مشترك دیگر از طریق كوچكترین واحد، (اگر هاب های زیادی نباشد، این واحد كوچك به اتاقهایی (offices) شبیه است) متصل می شود. در این اتاقها سوئیچها قرار دارند. به صورت خیلی ساده اتاقهای محلی، با سرویس محلی ارتباط دارند و اتاقها به صورت جفت برای سرویس دهی به فواصل دور (master, slave) كار می كنند. اتاقهای محلی بهتر است كه اتاقهای مركزی (central office) (Co) نامیده شوند، این اتاقها از 5 دسته سوئیچ استفاده می كنند و هنگامیكه اتاقها به صورت جفت كار می كنند از 4 دسته سوئیچ استفاده م ی كنند. یك شهر بزرگ ممكن است چندین Co داشته باشند. برای مثال شهر دِنور (Denver) (با جمعیت 2 میلیونی) تقریبا 40، co دارد. Co ها در یک شهر بزرگ اغلب بیشتر توده یك شهر را در بر می گیرد و به صورت ساختمانهای آجری بزرگ بدون پنجره قابل شناسایی هستند.

در طراحی سیستم های کنترل فیدبک حالت و رؤیتگر، قطب های حلقه بسته در مکان های مطلوب جایابی می شوند. همچنین، با انتخاب مناسب بهره رؤیتگر قطب های آن انتخاب می گردند. سرعت پاسخ و دینامیک خطای تخمین، با انتخاب قطب های حلقه بسته تعیین می شود. اما انتخاب مناسب و بهینه این قطب ها برای سیستم های صنعتی و فرآیندهای واقعی دشوار است. بنابراین، در این بخش سیستم های کنترل بهینه خطی ارائه می گردد. گرچه با فیدبک حالت می توان سیستم ناپایدار را پایدار کرد و قطب ها را در هر نقطه صفحه s قرار داد، ولی به دلایلی بررسی بیشتر و مطالعه سیستم های کنترل بهینه خطی ضروری به نظر می رسد.

نخست آنکه، تعیین مکان قطب های حلقه بسته در توصیف رفتار مطلوب مورد نظر طراح بسیار مهم و امری دشوار است. انتخاب موقعیت قطب های حلقه بسته دور از مبدا، سریع تر شدن پاسخ دینامیکی سیستم را به همراه دارد. اما با سریع تر کردن پاسخ (دورتر کردن قطب های حلقه بسته سیستم از مبدا) سیگنال های کنترل بزرگ شده و عموما محرک های سیستم قادر به اجرای فرامین کنترلی نخواهند بود. اگر قطب های حلقه بسته به گونه ای جایابی گردند که باعث تجاوز سیگنال های کنترل از حدهای فیزیکی شوند یا به عبارت دیگر اشباع گردند، رفتار دینامیکی حلقه بسته مشابه رفتار پیش بینی شده با تحلیل خطی نبوده و حتی ممکن است که رفتار حلقه بسته سیستم واقعی ناپایدار گردد. دلیل دیگری که برای محدود کردن سرعت پاسخ وجود دارد، مسئله نویز است که معمولا با سیستم های بهره بالا همراه است. با انتخاب بهینه قطب های حلقه بسته، می توان به سرعت دلخواه حلقه بسته و اندازه قابل قبول سیگنال کنترلی دست یافت.
همچنین، در سیستم های چند ورودی و چند خروجی روش جایابی قطب با فیدبک حالت، ماتریس بهره فیدبک حالت خاصی را تعیین نمی کند. در واقع، این ماتریس نا یکتا است. در اینجا این سؤال مطرح خواهد شد که از کدام بهره برای جایابی قطب استفاده گردد و از چه الگوریتمی برای تعیین بهره های فیدبک می توان استفاده کرد؟ از کنترل بهینه، می توان برای تعیین ماتریس فیدبک حالت در سیستم های چند متغیره استفاده کرد.

موتورهای dc كاربردهای وسیعی در صنعت سرعت متغیر، بخاطر مشخصه گشتاور مطلوبشان و سادگی كنترل دارند. در بسیاری كاربردهای حلقه باز تنظیم تحریك موتور موثر است. در فیدبك یا حلقه بسته كنترل برای كارایی بهتر لازم است. كه توسط یك سیگنال ثابت و فرمان آنالوگ سیستم فیدبك دست یافتنی است. هر تغییری در سرعت، بوسیله یك سرعت سنج قابل حس است و مقایسه با یك ولتاژ مرجع ثابت، سیستم فیدبك را خواهیم داشت اما این سیستم فیدبك آنالوگ در بعضی كاربردهای تنظیم سرعت بسیار خوب و رضایت بخش نیست و پاسخ دینامیك سریع لازم است. این خصوصیات می تواند با بكار بردن یك سیستم كنترل PLL دست یافتنی باشد.
در روش PLL سرعت موتور به قطار پالس دیجیتال تبدیل شده است، كه با قطار پالس دیجیتال مرجع منطبق است. در این روش با Lock كردن روی یك فركانس مرجع، كنترل دقیق سرعت موتور انجام می شود.
برای كنترل سرعت موتورهای dc ما می توانیم ولتاژهای ترمینال موتور را كنترل كنیم، جداسازی ولتاژ خروجی متناسب با جداسازی فركانس سوئیچ است و با این روش، ولتاژ ورودی ترمینال موتورها و در نتیجه سرعت موتور قابل تنظیم خواهد بود.
با یك جداكننده، تحریك موتور dc توسط PLL، برای همزمانی دقیق سرعت موتور با یك فركانس مرجع عملی می شود. ایجاد سرعت متغیر موتور DC با تحریك كردن سیستم كنترل بوسیله یك شبكه فیدبك PLL صورت می گیرد.
بعد از معرفی موتورهای DC، مشخصه و چگونگی كنترل، به مدلسازی سیستم كنترل سرعت پرداخته و سپسس كنترل كننده را به روش

 PLL توضیح داده و یك سیستم آزمایشی نتیجه واقعی را برای ارزیابی عمل موتور بدون بار و با بار كامل نشان می دهد.

فصل اول: کلیات
معرفی
1-1- تاریخچه
ابتدا PLL ها برای جارورب عمودی در تلویزیون ها بكار می رفتند كه یك سیگنال پیوسته با یك دوره تناوب پالسی همزمان شده و برای رنگ تلویزیون می باشد. اولین IC ی PLL در سال 1965 وارد شد كه در كار PLL ها سر و صدا ایجاد كرد. اولین PLL دیجیتال در سال 1970 پدیدار شد كه یك نوع PLL دیجیتال كلاسیك بود. چند سال بعد PLL تمام دیجیتال ظاهر شد. اولین لیزر در سال 1960 ظاهر شد و PLL نوری چهار سال بعد رسید.
PLL ها در هر سلول تلفن، تلویزیون، رادیو، پیجر و كامپیوترها بكار رفتند. بسیاری از سیستم های فیدبك توسط مهندسان ساخته شد. تمام نرم افزارهای PLL، توابع آن را با شبیه سازی دیتا اجرا كردند. در نهایت PLL های نوری در بهبود كلاك برای دیتای 160 گیگا بایت در ثانیه بكار رفتنند.
2-1- انواع كنترل موتورهای dc
1-2-1- موتورهای dc كنترل شونده با آرمیچر
موتور dc اغلب در سیستم های كنترلی كه مقدار قابل ملاحظه ای توان در محور لازم دارند به كار می رود. بازدهی این موتورها بسیار بیشتر از بازدهی سروموتورهای ac دو فاز است.
موتورهای dc میدانهای تحریك مجزایی دارند. آنها یا با آرمیچر كنترل می شوند و میدان ثابت دارند یا با میدان كنترل می شوند و جریان آرمیچر ثابت دارند. مثلا، موتورهای dc مورد استفاده در ابزار، میدان آهنربایی دائم ثابت دارند و سیگنال كنترل به آرمیچر اعمال می شود.
مشخصه های عملكرد موتور dc كنترل شونده با آرمیچر شبیه مشخصه های ایدئال سروموتور ac دو فاز است.

:
Unified Power Quality Conditioner (UPQC
در گذشته، پرداختن به مسائل کیفیت برق و توان ارسالی به مشترکین چندان مهم نبود و تنها پایداری شبکه با توجه به تغییر بار حائز اهمیت بود. دلیل آن، توقع پایین مشترکین از این انرژی بود چرا که کاربرد آن بیشتر در زمینه روشنایی بوده است. صنایع نیز از تجهیزاتی که با منبع انرژی دیگر تامین می شدند استفاده می کردند. طبعا وابستگی مشترکین نیز به این انرژی چندان نبوده و کیفیت توان پایین تأثیر کوچکی در زندگی داشته است.
صنایع نیز مشابه مشترکین خانگی، نیاز چندانی به تأمین انرژی از طریق برق نداشتند. با گذشت زمان و پیشرفت صنایع و ساخت وسائل مختلف که توسط این انرژی تأمین می شدند، اهمیت کیفیت انرژی ارسالی هم به مشترکین و هم به صنایع سازنده تجهیزات بیشتر شد. به طور مثال با ساخت موتورهای الکتریکی توان راکتیو قابل ملاحظه ای توسط آنها مصرف می شد و جریان راه اندازی آنها سبب افت ولتاژ می گردید.
همچنین با گسترش شبکه ها و استفاده از ترانسفورماتورها و مسئله به اشباع رفتن آنها تولید هارمونیک ها در شبکه افزایش یافت. این موارد سبب ناپایداری، تلفات و افت ولتاژ برای مصرف کننده ها و غیره در شبکه شدند و مشترکین و صنایع را تحت تأثیر قرار دادند. با گسترش شهرها و تولید برق در خارج آنها و افزایش فاصله بین مراکز تولید برق و مصرف کننده ها مسائلی مانند، ظرفیت انتقال توان توسط خطوط انتقال نیرو اهمیت یافت. با جبران توان راکتیو در محل بار و جلوگیری از انتقال آن در خطوط انتقال، ظرفیت انتقال توان افزایش یافت.
امروزه، با ساخت لوازم مختلف که توسط این انرژی تأمین می گردند و تبدیل انرژی های مصرفی به شکل برق و گسترش شبکه ها، مسائل دیگری پدید آمدند.
ابزاری که توسط مبدل های الکترونیک قدرت کار می کنند و موتورهایی که سرعتشان کنترل می گردد (محرکه های الکتریکی) از سوئیچ هایی در مبدلشان استفاده می شود که منجر به تولید هارمونیک در جریان و نامتعادلی در ولتاژ می شوند.
همچنین استفاده از ابزاری خاص در صنایع مانند کوره های القائی، سبب نامتعادلی شدید در جریان بار می شود (نامتعادلی در اندازه و در

 فاز) و به سبب استفاده از سوئیچ های توان بالا، هارمونیک های زیادی به سیستم وارد می شود. تولید این هارمونیک ها توسط بارها بر روی جریان هارمونیک هایی که توسط خود ژنراتورها و اشباع ترانسفورماتورها بر روی ولتاژ ایجاد می شود سبب به اشباع رفتن زودتر از موعد ترانسفورماتورها و تلفات بیشتر و عدم استفاده از ظرفیت کامل موتورها و ترانسفورماتورها می گردد. دلیل آن رابطه مستقیم و مجذور فرکانس با تلفات فوکووهیسترزیس است.

نامتعادلی نیز سبب به وجود آوردن توالی منفی در ولتاژ می گردد. توالی منفی سبب وارد آمدن نیروئی برخلاف شار مغناطیسی گردان در موتورها شده و لرزش و صدا و بهره برداری دربار پایین تر را به همراه دارد. توان راکتیو نیز موجب کاهش قابلیت انتقال توان در خطوط و احاطه بخشی از توان تولیدی در ژنراتورها می گردد.
همچنین با ساخت وسایلی که به کیفیت توان حساس هستند نیاز است که انرژی ارسالی به آنها استانداردهای مطروحه در مورد کیفیت توان را رعایت نماید. این استانداردها هرگونه نامتعادلی، هارمونیک، افت یا افزایش ولتاژ را شامل می شوند. معمولا دلایل تغییر در اندازه ولتاژ، کلیدزنی در شبکه قدرت، راه اندازی موتورهای پرتوان در همان فیدر تغذیه، یا اتصالی با توجه به افزایش طول فیدرهای تغذیه کننده است.
جبرانگرها در جبران توان راکتیو به دو نوع غیرفعال (Passive) و فعال (active) می باشند. ساختار فیلتر غیرفعال متشکل از بانک های خازنی است که کارکرد آن با وارد کردن خازن ها به باس اتصال بار به صورت ثابت و یا پله ای (متغیر) محقق می گردد. از سوئیچ های مکانیکی جهت ورود و خروج خازن ها به باس استفاده می گردد. 4 ایراد اساسی در استفاده از خازن های متغیر وجود دارد:
1- تولید ایمپالس ها و گذراها در شبکه ناشی از کلیدزنی، 2- با توجه به پله ای بودن ورود و خروج خازن، کنترل توان راکتیو ناقص انجام می پذیرد (گسسته). 3- سرعت پایین در سوئیچ نمودن که موجب اصطکاک بالا و خرابی زودتر از موعد سوئیچ های مکانیکی است. 4- با اندوکتانس های سیستم ایجاد رزونانس می کند.
در استفاده از خازن ثابت، باید خطر اضافه ولتاژ در هنگام پایین بودن بار را لحاظ نمود. استفاده از خازن ظرفیت پایین تر، جبران کمتر توان راکتیو را به همراه دارد.