چکیده:درسالیان اخیر توجه به بهرهوری و راندمان بالا درصنایع مختلف، دامنه کاربرد تجهیزات الکترونیک قدرت را به سرعت گسترش داده است. این تجهیزات بدلیل داشتن مشخصه غیرخطی، باعث افزایش مشکلات کیفیت توان در شبکههای توزیع شدهاند. از طرف دیگر با توجه به پیشرفت تکنولوژی واستفاده گسترده از کامپیوتر در کنترل سیستمهای صنعتی، حساسیت بارها به پدیدههای کیفیت توان نیز افزایش یافته است.حال در چنین شرایطی با توجه به طرح موضوع تجدید ساختار درصنعت برق، یکی از پارامترهایی که در فضای رقابتی بازار برق میتواند بسیارموثرباشد ارائه برق با کیفیت و قیمت متنوع جهت مصرفکنندگان با درجه حساسیت مختلف است. ازجمله تجهیزاتی که برای بهبود کیفیت توان مورد استفاده قرار میگیرد جبران ساز یکپارچه کیفیت توان UPQC میباشد که از دو واحد سری وموازی تشکیل شده است. این تجهیز درمجاورت بارهای حساس قرار گرفته و ضمن بهبود کیفیت ولتاژ تحویلی به مصرفکننده، کیفیت جریان کشیده شده از شبکه را نیز بهبود میبخشد.در این پایان نامه با الهام از عملکرد UPQC ساختارجدیدی به منظور بهبود کیفیت توان(در شبکههایی که از بارهای مختلف بادرجه حساسیت متفاوت تشکیل شدهاند)، و روش کنترل مناسب آن معرفی شده است.دراین ساختار واحد سری در محل پست قرار گرفته و کیفیت ولتاژ را بهبود میبخشد و واحد موازی از چند قسمت تشکیل میشود که هر یک در مجاورت یکی از بارهای حساس قرار میگیرند تا ضمن جبرانسازی هارمونیکی جریان، در زمان بروز قطعی ولتاژ تغذیه بارهای حساس را تأمین نماید. شبیه سازیهای انجام گرفته در محیط نرم افزار PSCAD قابلیت تجهیز معرفی شده و روش کنترلی پیشنهادی آن را در جبران سازی مشکلات ولتاژ و جریان نمایش میدهد.کلمات کلیدی: کیفیت توان، تجدید ساختار، فیلتر اکتیو، جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده فهرست مطالبعنوان صفحهفصل اول: مقدمه1-1- موضوع تحقیق................................................................................................................21-2- بیان مسئله وسوابق تحقیقات صورت گرفته....................................................................31-3- اهداف پایان نامه..............................................................................................................51-4- سازماندهی پایان نامه.......................................................................................................5فصل دوم: کیفیت توان در بازار برق تجدید ساختار یافته2-1- مقدمه..............................................................................................................................82-2- صنعت برق سنتی............................................................................................................82-3- انگیزه های تجدید ساختار صنعت برق...........................................................................92-4- عوامل موثربر روند تجدید ساختار..................................................................................92-5-مدل های اجرایی ساختار صنعت برق............................................................................122-5-1- مدل انحصاریکپارچه عمودی........................................... .......................................132-5-2- مدل انحصارخریدار..................................................................................................142-5-3 - مدل رقابت دربازارعمده فروشی............................................................................152-5-4- مدل انتخاب کامل مشتری........................................................................................172-6- مراحل هشتگانه اصلاحات درصنعت برق.....................................................................192-7- کیفیت توان در بازار برق تجدید ساختار یافته..............................................................222-8- ملزومات قراردادهای کیفیت توان.................................................................................252-9- قراردادهای بین شرکت های مختلف............................................................................242-10- مانیتورینگ وارزیابی کیفیت توان................................................................................262-11- نتیجه گیری.................................................................................................................29فصل سوم: تجهیزات جبران سازی پدیده های کیفیت توان3-1- مقدمه..........................................................................................................................313-2- فیلتر اکتیوموازی..........................................................................................................323-2-1- توصیف کلی فیلتراکتیو موازی................................................................................323-2-2 -مدار های قدرت فیلتر اکتیو موازی........................................................................333-2-3- استراتژی کنترلی فیلتر اکتیو موازی.........................................................................353-2-4- شبیه سازی فیلتر اکتیو موازی.................................................................................353-3- فیلتر اکتیو سری..........................................................................................................373-3-1- مدار قدرت فیلتر اکتیو سری..................................................................................383-3-2- کنترل کننده فیلتراکتیوسری....................................................................................393-3-3- شبیه سازی فیلتر اکتیو سری..................................................................................393-4- جبران ساز یکپارچه کیفیت توان................................................................................413-4-1- توصیف کلی جبران ساز یکپارچه کیفیت توان.....................................................413-4-2- مدارقدرت جبران ساز یکپارچه کیفیت توان..........................................................................423-4-3- کنترل کننده جبران ساز یکپارچه کیفیت توان.......................................................................433-4-4- شبیه سازی جبران ساز یکپارچه کیفیت توان.......................................................443-5- جبران ساز یکپارچه کیفیت توان چند مبدله..................................................................463-5-1- استراتژی کنترل........................................................................................................473-6- نتیجه گیری...................................................................................................................48فصل چهارم: ارتقاء کیفیت توان در شبکه های تجدید ساختار یافته با استفاده از جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزاشده4-1- مقدمه............................................................................................................................514-2- جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده..................................................................514-3- ایده اصلی جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده.................................................524-4- عملکرد جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده.....................................................544-5- استراتژی کنترل.............................................................................................................594-5-1-کنترل جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده بر پایه استفاده از حلقه قفل فازتوسعه یافته..............................................................................................................................604-5-2- کنترل جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده برپایه استفاده از تئوری توانلحظه ای..................................................................................................................................714-5-3- روش کنترل تک سیکلی.......................................................................................714-6-نتیجه گیری....................................................................................................................74فصل پنجم: شبیه سازی جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده با روش کنترل پیشنهادی5-1- مقدمه...........................................................................................................................775-2- معرفی شبکه مورد مطالعه.............................................................................................775-3- شبیه سازی جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده با استراتژی کنترل مبتنی برحلقه قفل فاز توسعه یافته.......................................................................................................805-4- شبیه سازی جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده با استراتژی کنترل مبتنی برتئوری توان لحظهای و استفاده از کنترل هیسترزیس و SPWM...........................................865-5- شبیه سازی جبران ساز یکپارچه کیفیت توان مجزا شده با استراتژی کنترل مبتنی برتئوری توان لحظه ای و استفاده از کنترل تک سیکلی............................................................895-6- مقایسه نتایج.................................................................................................................935-7- نتیجه گیری...................................................................................................................96فصل ششم: نتیجه گیری وپیشنهادات6-1- نتیجه گیری...................................................................................................................986-2- پیشنهادات.....................................................................................................................99منابع ومأخذ..........................................................................................................................100 فهرست جدول هاعنوان صفحهجدول5-1- مقایسه تأخیرجبران سازی ومدت زمان اجرای برنامه................................. 95 فهرست شکلهاعنوان صفحهشکل2-1- محدوده سیستم مورد ارزیابی...... 23شکل2-2- آرایش سیستم مانیتورینگ......... 27شکل2-3- بلوک دیاگرام DNMPQ............................. 28شکل3-1- فیلتراکتیوموازی................ 32شکل3-2- مدارقدرت فیلتر اکتیو موازی..... 34شکل3-3-مدار کنترلی فیلتراکتیو موازی.... 36شکل3-4-مدار قدرت فیلتراکتیو موازی شبیه سازی شده36شکل3-5- جریان بار، جریان تزریقی فیلتر اکتیو موازی، جریان منبع37شکل3-6- فیلتر اکتیو سری................ 38شکل3-7- مدارقدرت فیلتراکتیو سری........ 38شکل3-8-بلوک دیاگرام کنترل کنندهفیلتراکتیو سری 39شکل3-9-مدار قدرت فیلتراکتیو سری شبیه سازی شده 40شکل3-10-ولتاژ منبع، ولتاژ تزریقی فیلتر سری، ولتاژ بار 40شکل3-11-ساختار کلی UPQC................ 41شکل3-12-مدار قدرت UPQC................. 42شکل3-13-بلوک دیاگرام کنترل کنندهUPQC... 43شکل3-14-مدار قدرت UPQC شبیه سازی شده... 44شکل3-15-جریان بار، جریان تزریقی واحد موازی، جریان منبع 45شکل3-16-ولتاژ بار، ولتاژ تزریقی فیلتر واحدسری، ولتاژ منبع 45شکل3-17-ساختارMC-UPQC................. 46شکل3-18-بلوک دیاگرام کنترل واحد موازی.. 47شکل3-19-بلوک دیاگرام کنترل واحد سری.... 48شکل4-1- ایده اصلی OPEN UPQC............................. 54شکل4-2- دیاگرام فیزوری OPEN UPQCدرحالتa155شکل4-3- دیاگرام فیزوری OPEN UPQCدرحالتb155شکل4-4- دیاگرام فیزوری OPEN UPQC درحالت258شکل4-5- دیگرام فیزوری OPEN UOQC درحالت3. 59شکل4-6- الگوریتم کنترلی اینورترموازی... 60شکل4-7- تولید سیگنال مرجع برای کنترل کننده واحد موازی 61شکل4-8- بلوک دیاگرام کنترل کننده اینورتر سری 64شکل4-9- کنترل کننده فیلتر سری برای تولید سیگنال مرجع 64شکل4-10- کنترل کننده تعیین کمبودوبیشبود ولتاژ 67شکل4-11- حلقه کنترلی OPEN UPQC.......... 70شکل4-12- عملکرد سوئیچ.................. 72 شکل4-13- مدار کنترل تک سیکلی با فرکانس ثابت73شکل4-14- شکل موج های مدار کنترل تک سیکلی با فرکانس ثابت 73شکل5-1- مدار قدرت شبکه مورد مطالعه..... 78شکل5-2- ولتاژ منبع، ولتاژ تزریقی واحد سری، ولتاژبار 81شکل5-3- سیگنال PLL ولتاژ منبع، ولتاژ پریونیت منبع، دامنه ولتاژ منبع، سیگنال فعال سازی واحد سری 83شکل5-4- جریان بار، جریان تزریقی واحد موازی، جریان منبع 84شکل5-5- توان راکتیو بارهای 1و2و3، ضریب توان منبع85شکل5-6- ولتاژ منبع، ولتاژ تزریقی واحد سری، ولتاژبار 86شکل5-7- جریان بار، جریان تزریقی واحد موازی، جریان منبع 87شکل5-8- توان راکتیو بارهای 1و2و3، ضریب توان منبع88شکل5-9- ولتاژ منبع، ولتاژ تزریقی واحد سری، ولتاژبار 90شکل5-10- جریان بار، جریان تزریقی واحد موازی، جریان منبع 91شکل5-11- توان راکتیو بارهای 1و2و3، ضریب توان منبع 92شکل5-12- THD ولتاژ بار وجریان منبع درهرسه روش 94 )Abreviationsفهرست علائم واختصارات( AC Alternating CurrentA/D Analoge to DigitalCSI Current Source ConverterDC Direct CurrentDNMPQ Distributed Nodes Monitoring for Power QualityEPRIElectric Power Reseach InstituteE-PLL Enhanced Phase Locked LoopFCC Full Customer ChoiceIEEE Institute of Electrical and Electronics EngineersIPP Independent Power ProducerISO Indepent System OperatorMC-UPQC Multiconverter Unified Power Quality ConditionerOCC One-cycle ControlPCC Point of Common CouplingPI Proportional-IntegralPLL Phase Locked LoopPWM Pulse Width ModulationRC Resistor–CapacitorSPWM Sine Pulse Width ModulationSS Static SwichTHD Total Harmonic DistortionUPQC Unified Power Quality ConditionerUPS Uninterruptible Power SupplyVIM Vertically Integrated MonopolyVSI Voltage Source ConverterWCM Whole Competition Market فصل اول مقدمه 1-1- موضوع تحقیقامروزه فیلترهای اکتیو نقش مهمی را در بهبود مشکلات کیفیت توان در سیستمهای توزیع ایفا میکنند. افزایش روز افزون بارهای غیر خطی اعم از یکسوکنندههای دیودی و تریستوری، کوره های قوسی و....درسیستم های توزیع منجر به بروز مشکلات کیفیت توان وتأثیر متقابل آن برروی بارهای تغذیه شونده از آن شین میشوند. از طرف دیگر،به دلیل محدودیت های در نظر گرفته شده توسط استاندارد های بین المللی مختلف به خصوص برای مصرف کنندههای صنعتی، کاهش مشکلات هارمونیکی ناشی از بار به عنوان یک ضرورت مطرح میگردد[1].برای بهبودو ارتقاء کیفیت توان ارائه شده به مصرف کنندگان انواع مختلفی از جبرانسازها معرفی شدهاند. فیلترهای پسیو به عنوان اولین جبران سازها به منظور حذف هارمونیکهای جریان و بهبود ضریب توان معرفی شده اند.اگر چه این دسته از فیلترها از سادگی وهزینه کمی برخوردارند، ولی به دلیل تأثیر امپدانس خط واحتمال بروز مشکلات رزونانسی، عدم توانایی در حذف چندین مولفه هارمونیکی و.... ازمقبولیت کمی برخوردارند[2]. به همین دلیل تحقیقات مختلف وگسترده ای در زمینه طراحی سایرجبران سازها انجام گرفته است.فیلترهای اکتیو قدرت یکی از جبران سازهایی میباشند که امروزه از کاربرد وسیعی در سیستم های توزیع برخوردارند که قابلیت حذف تمامی هارمونیکهای ناخواسته، بهبود ضریب توان و عدم تعادل را دارا هستند.در چند دهه اخیر ساختارهای مختلفی از فیلترهای اکتیو ارائه شده است که از جمله آن ها فیلترهای اکتیو سری،موازی،فیلترهای ترکیبی، UPQC و... میباشند. همچنین روش های کنترلی مختلفی در حوزه فرکانس وحوزه زمان به منظور کنترل فیلترهای اکتیو ارائه گردیده است.در این تحقیق روشی مناسب در جهت ارتقاء کیفیت توان ارائه شده است. دراین ارتباط بیان چند مسئله ضروری است. نخست آنکه بهبود کلی کیفیت توان ارائه شده به مصرف کننده وظیفه شرکت های فروشنده برق می باشد.اما مسئله قابل طرح در اینجا این نکته است که این شرکتها تا چه اندازه وظیفه بهبود کیفیت توان را برعهده دارند واگر مصرف کنندهای خواهان کیفیت توان بالاتراز آنچه که دراستانداردهای بین المللی، که شرکت های فروش برق موظف به تأمین آن هستند، باشد چطور وچگونه می توان این خواسته را برای او تأمین کرد؟لذا این تحقیق سعی در ارائه راه کاری جهت تأمین کیفیت توان در سطوح و قیمت های مختلف کرده است. در این روش بهبود کلی کیفیت توان برای همه مصرف کنندگان صورت خواهد پذیرفت و برخی قابلیت های ویژه برای مصرف کنندگان حساسی که نیاز به کیفیت توان بالاتر دارند ارائه می شود. برای دستیابی به این هدف ساختار جدیدی که الهام گرفته از ساختار جبران ساز یکپارچه کیفیت توان می باشد معرفی خواهد شد و با استفاده از تئوری توان لحظه ای روش کنترل ساده و کارایی برای آن ارائه خواهد گردید.