وبلاگ

جهان در قرن بیست و یکم با چالش های جدیدی برای محافظت از ساکنان اش، منابع اش و محیط زیست اش روبه رو است. الکتریسیته که عامل اصلی تغییرات در قرن پیش بوده است در سال هایی که پیش رو است نیز بسیار سرنوشت ساز خواهد بود. اما در ابتدا زیرساخت صنعت برق خود باید دگرگون شود. در حال حاضر صنعت برق آمادگی لازم را برای برآوردن خواسته های اقتصادی دیجیتال آینده، دنیایی با رقابت افزاینده و محیط زیست در معرض خطر را ندارد. قوانین اخیر زیست محیطی، مسائل مربوط به حق مسیر، افزایش هزینه های ساخت و تنظیم مجدد و رشد سریع مصرف نیاز به استفاده از حداکثر ظرفیت ممکن سیستم های تولید و انتقال موجود را ایجاد می کند.
صنایع الکترونیکی به دنبال تجهیزاتی با عملکرد با انعطاف پذیری بیشتر در سیستم های انتقال هستند که تا به کمک آنها محدودیت موجود در سیستم انتقال را کاهش دهد. ادوات FACTS قادر هستند که انعطاف پذیری مورد نیاز سیستم انتقال را در حین عملکرد فراهم کنند.

مدل UPFC انحصاری و مرکب از جبران سازی های سری و موازی سریع است و کنترل انعطاف پذیری از شبکه برق را فراهم می کند. ویژگی UPFC به عنوان یکی از ادوات FACTS پیشرفته، توانایی تنظیم دامنه ولتاژ شین و زاویه فاز و امپدانس خط می باشد. این ویژگی قدرتمند UPFC سبب می شود که از این وسیله در کاربردهای زیادی از جمله پایدارسازی ولتاژ و فاز و همچنین افزایش ظرفیت خطوط انتقال موجود در شبکه استفاده کرد.
فصل اول
کنترل کننده یکپارچه توان
1-1- مشخصه ها و اصول عملکرد پایه
هدف از ابداع کنترل کننده یکپارچه توان UPFC، کنترل بلادرنگ و جبران دینامیکی سیستم های انتقال ac بوده و بدین وسیله قابلیت چند منظوره لازم برای حل بسیاری از مسائل و مشکلات موجود در صنعت انتقال توان فراهم گردید.
از دیدگاه نظری، UPFC یک منبع ولتاژ سنکرون (SVS) تعمیم یافته است که در فرکانس پایه، به وسیله ولتاژ فازوری Vpq با دامنه Vpq(0<Vpq<Vpqmax و زاویه ^p(0<p<2 قابل کنترل، نمایش داده می شود و به صورت سری در خط انتقال قرار می گیرد که در سیستم با دو ماشین (یا دو سیستم مستقل با یک خط انتقال ارتباطی) شکل (1-1) نشان داده شده است.
در این ترکیب SVS عموما با سیستم انتقال، هم توان اکتیو و هم توان راکتیو مبادله می کند. از آنجایی که طبق تعریف، SVS تنها قادر به تولید توان راکتیو تبادلی است، توان اکتیو باید توسط گیرنده یا منبع تعذیه مناسبی از آن جذب یا به آن داده شود. در آرایش UPFC، همانطور که در شکل مشاهده می شود، توان اکتیوی که SVS مبادله می کند، به وسیله یکی از دو شین ابتدا یا انتهای خط تأمین می شود (در این ترکیب هدف، کنترل پخش توان است، نه افزایش ظرفیت تولید سیستم).
امروزه در کاربرد عملی طبق شکل (1-2)، UPFC از دو مبدل منبع ولتاژی پشت به پشت که از کلیدهای تایریستوری GTO استفاده می کنند، تشکیل شده است. این مبدل ها که در شکل با مبدل 1 و مبدل 2 نشان داده شده اند، توسط یک لینگ dc مشترک با یک خازن ذخیره dc، به هم مرتبطند.
این آرایش مانند یک مبدل توان ac به ac ایده آل عمل می نماید که در آن توان حقیقی، می تواند آزادانه در هر جهتی بین ترمینال های ac دو مبدل عبور کند و هر مبدلی می تواند به طور مستقل توان راکتیو را در ترمینال خروجی ac خود تولید (یا جذب) کند.

فیلترهای مایکروویو فوتونیک با مزایای خوبی مثل عرض باند وسیع، تلفات کم و ایمنی در مقابل تداخل الکترومغناطیسی توجه زیادی را جلب کرده اند. از طرف دیگر در سیستم های ارتباط نوری، لینک های رادیویی روی فیبر (RoF) یکی از پرکاربردترین مباحث در شبکه های بی سیم باند پهن، شبکه های سنسوری، سیستم های ارتباط ماهواره ای و رادار می باشند که در چند سال اخیر توجه ویژه ای را به خود جلب کرده اند. وظیفه اصلی یک شبکه RoF توزیع سیگنال های میلیمتری و مایکروویوی روی فیبر نوری برای به دست آوردن امتیازاتی از قبیل تلفات کم، پراش کم و پهنای باند بالای سیگنال های فیبر نوری است. سیگنال های توزیع یافته می توانند به طور مستقیم در لینک های فیبر نوری یا RoF به کار روند، بدون اینکه احتیاجی به تبدیلات الکتریکی به نوری و یا نوری به الکتریکی باشد. در چندین سال اخیر شیوه های متفاوتی جهت ضرب در حوزه نور و یا فیلترینگ میان گذر پیشنهاد شده اند، ولی استفاده همزمان از ضرب در حوزه نور و فیلترینگ میان گذر کمتر مورد بحث قرار گرفته است.

فصل اول: کلیات
1-1- هدف
یکی از اهداف این پروژه استفاده همزمان از ضرب در حوزه نور و فیلترینگ میان گذر است. قطعات اصلی که در این مورد استفاده می شوند عبارتند از: مدوله کننده شدت، مدوله کننده فاز و یک قطعه فیبر تک مد. دو مدوله کننده جهت ضرب در حوزه نور به کار می روند. سیگنال خروجی از ضرب کننده ها وارد فیبر تک مد که نقش المان پراش دهنده را به عهده دارد می شود. از ترکیب مدوله کننده، لیزرهای قابل تنظیم و فیبر تک مد فیلتر میان گذر به دست می آید، که این فیلتر می تواند باند عبوری متناسب با فرکانس های مبدل کاهش دهنده فرکانس یا مبدل افزایش دهنده فرکانس داشته باشد. اجزاء فرکانسی اضافی پس از فیلترینگ حذف می شود. بدین منظور در این پروژه ساختار فیلترهای مایکروویو و روش تولید موج میلیمتری ارائه و مورد توجه قرار می گیرد که در این راستا از مدوله کننده های شدت و فاز استفاده و نتایج آنها باهم مقایسه خواهد شد. حذف حامل های نوری یکی از موضوعات جالب در سیستم های ارتباط نوری است. به همین دلیل روش های مختلف حذف حامل های نوری نیز مورد بررسی قرار می گیرد. سعی بر این است تا میزان حذف حامل های نوری افزایش یابد. در این پروژه اثرات پراکندگی رنگی فیبر تک مد که یک عامل محدود کننده برای مسافت های زیاد است روی سیگنال بررسی می گردد. نتایج حاصل از این پروژه داشتن فیلترهایی با باند عبور صاف تر و تضعیف بیشتر در خارج باند و نیز استفاده از پارامترهای مناسب و نیز ساختاری با قابلیت تنظیم است.

:
مبدل خط لوله از چند طبقه تشكیل شده است كه هر طبقه یك یا چند بیت خروجی را فراهم می كند. مفهوم این مبدل به این صورت است كه طبقه اول از ورودی نمونه برداری می كند و آن را به دو بخش تبدیل می كند: یك بخش دیجیتال و دیگری سیگنال باقیمانده. سیگنال باقیمانده در هر طبقه، اختلاف بین سیگنال ورودی و بیت های دیجیتالی تبدیل یافته است. طبقه اول پس از انجام عمل تبدیل، آن را به طبقه بعدی می فرستد و از سیگنال بعدی نمونه برداری می كند. هر طبقه m بیت دیجیتالی تولید می كند و یك مبدل دیجیتال به آنالوگ ضرب كننده دارد كه شامل یك DAC، تفریق كننده، تقویت كننده و مدار نمونه بردار و نگهدار است. نوعا MDAC متشكل از یك تقویت كننده با سرعت و بهره بالا به همراه تعدادی خازن و كلید است.

بنابراین در ابتدا با توجه به مشخصات سرعت و دقت مبدل، نیاز به طراحی یك تقویت كننده توان بهینه برای بلوك MDAC است. پس از تقویت كننده، مقایسه گر نقش مهمی در تلفات توان در مبدل خط لوله دارد. برای اینكه مقایسه گر آفست كمی داشته باشد، نیاز به مقدار مشخصی انرژی دارد. آفست كم مقایسه گر باعث افزایش توان سیگنال به نویز (SNR)، سوئینگ ورودی و قابلیت تفكیك می گردد. به منظور داشتن ولتاژ آفست كوچكتر در مقایسه گرها، از یك پیش تقویت كننده استفاده می شود. اشكال عمده این روش این است كه توان بالایی به صورت ثابت توسط پیش تقویت كننده مصرف می شود. برای غلبه بر این مشكل از مقایسه گرهای دینامیكی كه توان مصرفی بسیار كمتری دارند استفاده می شود. این مقایسه گرها در هر پالس ساعت یك مقایسه انجام می دهند.
مشكل عمده مقایسه گرهای دینامیكی، بالا بودن آفست در آن ها است كه در مبدل های خط لوله توسط مدار تصحیح خطای دیجیتالی مرتفع می گردد. این كار به بهای افزایش توان مصرفی و كاهش نسبت سیگنال به نویز تمام می شود. بنابراین نیاز به طراحی یك مقایسه گر دینامیكی با آفست كم وجود دارد. پس از طراحی دو بخش عمده مبدل یعنی تقویت كننده و مقایسه گر، باید به سراغ بهینه سازی توان كل برای آن رفت، كه با در نظر گرفتن توان مصرفی مورد نیاز هر بلوك و با توجه به تعداد بیت ها انجام می پذیرد. مقایسه ساختارهای مختلف آپ امپ نشان می دهد كه ساختار بهینه تقویت كننده وابسته به بهره حلقه بسته مطلوب است.
در مبدل های خط لوله برای ساخت پالس ساعت تمیز از اشمیت تریگر استفاده می شود، زیرا اشمیت تریگر نویز را فیلتر نموده و یك سیگنال دیجیتالی تمیز به دست می دهد. یك روش ساخت اشمیت تریگر، استفاده از معكوس كننده های CMOS با فیدبك مثبت است (مانند لچ).

در سال های گذشته تلاش های زیادی جهت مدرن کردن سیستم های کنترلی صورت گرفته است. تجهیزات کنترلی مدرن مانند سیستم های کنترل توزیع یافته (DCS)، کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر (PLC)، شبکه ها و تجهیزات هوشمند در کنار نرم افزارهای قدرتمند به کار گرفته شدند. مهمترین بخش های سیستم کنترلی را لایه ترانسمیترها و محرک ها (لایه اول) و لایه کنترل کننده های تنظیمی که

 معمولا PID کنترل کننده ها می باشند (لایه دوم)، تشکیل می دهند. ترکیب این دو لایه با یکدیگر همان مفهوم حلقه های کنترلی را در بردارد. نقش حلقه های کنترلی در صنایع فرآیندی تنظیم متغیر خروجی پروسه (process variable) به مقدار خروجی مطلوب (set point) در حضور اغتشاشات و نوسانات می باشد. مقدار خروجی مطلوب مقداری است که فرآیند بیشترین بازده را در آن نقاط خواهد داشت. با سرمایه گذاری فراوان و مدرن شدن سیستم های کنترلی، این سیستم ها نسبت به گذشته نقش موثرتری را در صنایع فرآیندی بر عهده دارند در چنین شرایطی عملکرد و بازده این سیستم ها تاثیر فراوان بر عملکرد فرآیند خواهد داشت. بدین ترتیب ارزیابی عملکرد سیستم های کنترلی به عنوان موضوعی مهم و جدید در صنایع فرآیندی ظهور یافت. ارزیابی عملکرد حلقه ای کنترلی بخش مهمی از موضوع ارزیابی و مونیتوریتگ سیستم های کنترلی در صنایع فرآیندی می باشد. در فصل اول کلیات پروژه ارائه شده است. فصل دوم به ارزیابی عملکرد حلقه های کنترلی اختصاص یافته است. در این فصل ابتدا مشکلات حلقه ها مطرح شده و سپس معیارهای ارزیابی عملکرد حلقه ها مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان این فصل نوسان و تداخل بین حلقه ها به عنوان دو مشکل مهم در حلقه ها مورد بررسی قرار گرفته است. فصل سوم به یکی از مهمترین اجزاء حلقه کنترلی یعنی شیرهای کنترلی اختصاص یافته است. در فصل چهارم واحد جداسازی بوتان به عنوان واحد نمونه صنعتی انتخاب و پس از شبیه سازی این واحد در محیط Aspen، حلقه های آن توسط برنامه نوشته شده در محیط Matlab مورد ارزیابی قرار گرفته است. مدیریت آلارم ها به عنوان یکی از موضوعات مهم در سیستم های کنترلی در فصل پنجم بررسی شده است.فصل ششم به نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات اختصاص یافته است.

دورنمای مخابرات نایل شدن به تكنیك هایی است كه نرخ انتقال بالای اطلاعات را در محیط های مختلف بی سیم فراهم آورد. این محیط ها می توانند شامل مشخصه های چند مسیرگی، فیدینگ، نویز جمع شونده، و بالاخره تغییرات زمانی كانال و یا به عبارتی شیفت داپلر باشند. امواج الكترومغناطیسی با مشخصه های مناسب انتشار در فضا، امكان ایجاد ارتباط بی سیم را تا مسافتهای چندین كیلومتری با سرعت و پهنای باند مختلف فراهم می كنند. سیستمهای پخش گسترده رادیویی و تلویزیونی با برد بالا نمونه هایی از كاربرد چنین سیستم هایی هستند. نسل اول سیستمهای بی سیم (بخصوص مخابرات سیار) تا سال 1990، به منظور ایجاد ارتباط صوتی و ارسال داده با حداكثر نرخ بیت 2.4kbps استفاده می شد. درچند سال اخیر مخابرات بی سیم رشد چشم گیری داشته است. نرخ رو به رشد فناوریهای تلفنهای سیار، شبكه های WLAN و اینترنت موجب افزایش تقاضا جهت كسب ظرفیت بالا در شبكه های بی سیم گشته است. در حال حاضر اكثر سیستم های WLAN از استاندارد IEEE802.11 استفاده می كنند كه حداكثر نرخ داده ای به اندازه 11Mbps را ارائه می دهند. استاندارد های جدیدتر WLAN مثل IEEE 802.11.a كه مبتنی بر فناوری OFDM هستند نرخ داده های بالاتر از 54Mbps را حمایت می كنند. درآینده نه چندان دور سیستم های WLAN به پهنای باندی بیشتر از 100Mbps نیازمند خواهند بود. بنابراین اصلاح طیفی و افزایش ظرفیت داده در سیستم های OFDM در كاربردهای WLAN بسیار با اهمیت است. همگرایی سرویس های دسترسی به اینترنت و فناوری مخابرات سیار با كاربردهای چند رسانه ای صوت و تصویر كیفیت بالا در آینده نزدیك دیده می شود. مخابرات سیار نسل دوم (2G) مانند GSM سرعت های خیلی پایینی برای ارسال داده (9.6 – 14.4 kbps) فراهم آورده و هزینه بالایی در بر دارند كه در نتیجه، سودمندی این سرویس را كاهش

 می دهد. هدف مخابرات سیار نسل سوم و چهارم فراهم آوردن محدوده وسیعی از سرویس ها با نرخ داده بالا از قبیل ارائه سرویس های صوتی و تصویری باكیفیت بالا روی مخابرات سیار ، تلفن های تصویری و دسترسی پرسرعت به اینترنت است. سیستم های مخابرات سیار نسل سوم (3G) مانند UMTS نرخ داده بالاتری (64kbps-2Mbps) نسبت به  مخابرات سیار های نسل دوم مانند IS-95 و GSM ارائه می دهند. همچنین سیستم مخابرات سیار نسل دوم فقط جهت سرویس های صوتی منظور شده است در حالی كه سیستم مخابرات سیار نسل سوم به سرویس های داده علاوه بر صوت تمایل دارد. سیستم مخابرات سیار نسل سوم از W-CDMA به عنوان روش مدولاسیون استفاده می كند. این مدولاسیون مقاومت خوبی در برابر اثرات چند مسیری داشته و همچنین نرخ داده انعطاف پذیر و راندمان طیف بالائی را داراست. نرخ داده بالاتر سبب ایجاد سرویس های جدیدتر از قبیل ارتباط بی سیم كامپیوترها، گزارش گیری از راه دور، دوربین های بی سیم مبتنی بر web و سیستم های هدایتگر اتومبیل روی اتصال دائمی شبكه، شده است.

تقاضای استفاده از طیف رادیویی به شدت در حال افزایش است و سیستم های مخابرات سیار زمینی فقط یكی از چند كاربرد رقیب برای پهنای باند مقتضی هستند. این كاربردها نیازمند بودند كه سیستم رادیویی مربوطه به صورت مطمئن محیط های با دید غیرمستقیم (NLOS) با فاصله انتشار 0.5-30Km و سرعتی حدود 100km/hr یا بیشتر را حمایت كند و چنانچه در فركانسی بالای فركانس مربوطه عمل شود افت مسیر زیادی خواهیم داشت و همچنین شیفت داپلر بالاتر، در سرعت های بالا نیز اضافه خواهد شد. از محدودیت های مهم سیستم مخابرات سیار نسل سوم ارائه سرویس با نرخ بیت بالا ولی با هزینه بالاست.
OFDM كاندیدای لایه فیزیكی سیستمهای مخابرات سیار نسل چهارم (4G) است. در حال حاضر تحقیقات زیادی روی سیستمهای مخابرات سیار نسل چهارم در حال انجام است. این سیستمها احتمالاً بین سال های 2008 – 2012 گسترش خواهند یافت و جایگزین نسل سوم خواهند شد. تا به حال تعداد كمی از اهداف شبكه های نسل چهارم منتشر شده است گرچه كاربردها و قابلیت های نسل سوم را گسترش خواهند داد و دسترسی جهانی بهبود یافته ای را ارائه خواهند داد. كاربردهای شبكه های نسل چهارم مثل  4 – HDTV (Mbps 20 و شبكه های بی سیم كامپیوتری (1 – 100 Mbps) است. البته جهت پوشش دادن این سرویس ها باید هزینه های سرویس دهی نسبت به نسل سوم كاهش یابد. علاوه بر نرخ داده بالا باید كیفیت سرویس دهی (QoS) بالا نیز نسبت به سیستم های سلولی رایج انجام شود. در سیستم های سلولی نسل سوم این درصد بین 90 – 95 درصد پوشش است یعنی ارتباط شبكه می تواند روی 90 – 95 درصد سطح سلول حاصل شود. این مقدار برای شبكه های WLAN كافی نیست. برای شبكه های نسل چهارم این درصد به محدوده 99/5 – 98 رسیده است. جهت دستیابی به این سطح از سرویس دهی نیازمندیم تا سیستم مخابراتی بسیار منعطف و انطباق پذیر باشد. در بسیاری از كاربردها، حفظ اتصال شبكه از دستیابی به نرخ داده واقعی، مهمتر است. هرچند محیط انتقال در بهترین شرایط می تواند تا نرخ بیتهای 20Mbps را حمایت كند ولی اگر مسیر انتقال خیلی ضعیف باشد، برای مثال در یك زیر زمین از ساختمان، جهت حفظ و پایداری لینك باید نرخ داده كاهش یابد. بنابر این برای شرایط حساس و محدود، نرخ داده ممكن است تا 1kbps هم كاهش یابد. به عنوان یك پیشنهاد جهت كاربردهایی كه نیازمند نرخ داده ثابت هستند كیفیت سرویس دهی می تواند توسط تخصیص منابع اضافی به كاربران در ازای مسیر انتقال ضعیف اصلاح شود. به طور كلی برای شبكه های بی سیم پرظرفیت یك گزینه بسیار مناسب، مدولاسیون چند حاملی و به ویژه تكنیك تقسیم فركانسی متعامد OFDM است.