مقررات زدایی از صنعت برق و ابداع فن آوری های جدید برای تولید انرژی الکتریکی، موجب پیدایش نوآوری در برنامه ریزی توسعه در شبکه های توزیع شده است. منابع تولید پراکنده یکی از جذاب ترین فن آوری های مورد استفاده می باشد که مزایای متفاوتی برای نهادهای گوناگونی که در سیستم قدرت مشارکت فعال هستند، به همراه دارند. در این پایان نامه یک مدل جدید برای در نظر گرفتن منابع تولید پراکنده در برنامه ریزی توسعه شبکه توزیع ارائه شده است. در این مدل، از روش پخش بار بهینه برای کمینه سازی هزینه های سرمایه گذاری ارتقاء شبکه، هزینه های بهره برداری و تعمیر و نگه داری، و هزینه تلفات، جهت تأمین رشد بار در افق برنامه ریزی، به کار گرفته شده است. واژه دینامیک برای ارجاع به قابلیت برنامه ریزی در طول یک بازه زمانی مشخص، در این مدل استفاده شده است. علاوه بر این از الگوریتم ژنتیک برای یافتن بهترین پیکربندی توسعه برای این مدل استفاده شده است. در انتها کارآیی این روش با پیاده سازی آن بر روی چند شبکه توزیع آزموده شده است. همچنین با در نظر گرفتن انرژی تامین نشده (از شاخص های قابلیت اطمینان) و تعریف یک شاخص جدید برای میزان ریسک فنی سیستم، این دو مشخصه به عنوان دو هدف جدید در کنار هزینه های شبکه در برنامه ریزی در نظر گرفته شده اند. برای بدست آوردن جواب در این حالت، یک جبهه پرتو رسم است و با استفاده روش بیشینه-کمینه جواب نهایی مساله محاسبه شده است.

در سالهای اخیر بر اثر فرایند جهانی تجدید ساختار و خصوصی سازی، صنعت برق با تحولات اساسی مواجه گشته که مدیریت سیستم های قدرت و بازارهای انرژی را به شدت تحت تأثیر قرار داده است. در سیستم تجدید ساختار شده هدف بهره بردار مستقل شبکه (iso ) حفظ تعادل تولید و مصرف با در نظر گرفتن بازده اقتصادی سیستم و محدودیتهای فنی شبکه می باشد.]1[ هدف عمومی بازیگران در چنین فضایی صرفاً افزایش سود می باشد.]2[ لذا مسئولیت iso از نقطه نظر اقتصادی نیز می بایست بیشینه نمودن سود ژنراتورها و بارها به طور همزمان و یا اصطلاحاً بیشینه کردن رفاه اجتماعی بازیگران بازار باشد. از طرفی بهره بردار سیستم و بازیگران بازار به حداقل سطحی از کیفیت توان و امنیت شبکه نیازمند می باشند. به عنوان نمونه شبکه باید قادر به تأمین تعادل بار و مصرف، حفظ پایداری ولتاژ و نیز حفظ فرکانس شبکه در شرایط بروز حوادث یگانه باشد. لذا به مطالعه دقیق بر روی مسائل پایداری شبکه برای حفظ سطح مطلوب پایداری در سیستم نیاز می باشد.بارهای قطع پذیر از جمله ابزارهای تأثیرگذار می باشند که با پیدایش مفاهیم پاسخ بار، جهت نیل به اهداف بهره برداری و بهبود امنیت سیستم استفاده شده اند. یکی از شاخص های مهم امنیت سیستم که در این پایان نامه بدان پرداخته شده است حاشیه پایداری ولتاژ می باشد. اعمال قیدهای پایداری ولتاژ به مسأله پخش بار بهینه راه حل متداولیست که برای به دست آوردن پاسخی با امنیت بیشتر از بازار برق به کار می رود. اما این راه حل به افزایش هزینه های سیستم و پایین آمدن بازده اقتصادی بازار برق نیز منجر می گردد. هدف اصلی این پایان نامه یافتن روشی برای نیل به حاشیه مطلوب پایداری ولتاژ بدون مقید نمودن برنامه پخش بار بهینه (opf ) به قیدهای پایداری ولتاژ می باشد. ابزار استفاده شده جهت دستیابی به این هدف بارهای قطع پذیر می باشد. با توجه به کمبود منابع تولید توان در کشورمان به علاوه اعمال یارانه های مختلف بر هزینه برق مصرفی مشتریان، کاهش مصرف توان به روشی عملی و عادلانه مزایای اقتصادی فراوانی برای شبکه در پی خواهد داشت. مدیریت کاهش بار مصرف کنندگان در جهت افزایش امنیت سیستم، این مزایا را دو چندان خواهد نمود. در این پایان نامه برای مدل نمودن بازار بارهای قطع پذیر، بازه زمانی یک ماهه مورد بررسی قرار گرفته است. بازار قطع بار پیشنهاد شده بر پایه تحلیل حساسیت برای شینهای بار اجرا می گردد و حاشیه مطلوب پایداری، برابر با حاشیه به دست آمده از اجرای پخش بار بهینه مقید به قیود پایداری ولتاژ (vsc-opf ) اتخاذ می شود. این روش علاوه بر تأمین امنیت ولتاژی سیستم، به کاهش هزینه تولید توان و همچنین کاهش توان مصرفی شبکه منجر می شود.

از بخش های مهم برنامه ریزی سیستم های قدرت، برنامه ریزی توسعه سیستم فوق توزیع، به عنوان رابطی بین شبکه های توزیع و انتقال می باشد. در این پروژه روشی برای برنامه ریزی توسعه سیستم فوق توزیع در حضور منابع تولید پراکنده با لحاظ نمودن قیود امنیتی شبکه گاز ارائه شده است. در مدل ریاضی تابع هدف انواع هزینه های ثابت و متغیر طرح فرمولبندی شده است. از مدل و روش پیشنهادی می توان در تعیین نوع، مکان و ظرفیت واحدهای تولید پراکنده به همراه توسعه بهینه خطوط و تجهیزات پست ها استفاده نمود. به منظور افزایش دقت محاسبات و واقعی شدن مدل شبکه گاز، علاوه بر لوله ها، کمپرسور و مخازن نیز مدل شده اند. همچنین تغییرات بار شبکه برق و گاز به صورت منحنی بار سالانه در نظر گرفته شده است و هزینه های مربوط به سطوح بار مختلف به صورت جداگانه لحاظ شده است. تابع هدف پیشنهادی و قیود مرتبط با آن به صورت یک مسئله بهینه سازی فرمول بندی شده است و شبکه برق توسط روش پیش رو والگوریتم pso و شبکه گاز با روش نیوتن-رافسون (nr)حل می گردد. در انتها کارایی روش پیشنهادی با اعمال بر روی بخشی از شبکه فوق توزیع زنجان و یک شبکه گاز نمونه نشان داده شده است.

برنامه ریزی توسعه شبکه فوق توزیع یکی از بخش های مهم برنامه ریزی توسعه سیستم های قدرت می باشد که هدف آن مشخص کردن مکان، زمان و ظرفیت احداث پست های فوق توزیع جدید و توسعه پست های موجود و نیز مکان، زمان، و تعداد خطوط فوق توزیع جدید برای افزودن به شبکه فوق توزیع می باشد به نحوی که تحویل انرژی الکتریکی به مراکز بار با لحاظ نمودن مجموعه ای از قیود بهره برداری و قابلیت اطمینان به اقتصادی ترین نحو ممکن صورت گیرد. از طرفی نگرانی های زیست محیطی جهانی و نیاز روز افزون به استفاده از انرژی از یک سو و افزایش بهای سوخت های فسیلی در چند سال اخیر و کاهش این منابع در سطح جهان از سوی دیگر، باعث افزایش استفاده از منابع تجدید پذیر در تولید انرژی الکتریکی شده است. انرژی باد، امروزه به عنوان یکی از اصلی ترین منابع تولید انرژی الکتریکی در بسیاری از کشورها جایگزین نیروگاه های مرسوم فسیلی شده و در نتیجه نفوذ انرژی باد در بخش تولید انرژی الکتریکی به شدت افزایش یافته است. در اکثر مطالعات انجام شده، روش فراگیری برای انجام مطالعات برنامه ریزی شبکه فوق توزیع که در آن از یک طرح جامع برای مدل کردن انرژی باد استفاده شده باشد و همچنین ملاحظات قابلیت اطمینان شبکه نیز مد نظر قرار گرفته باشد، وجود ندارد. این پایان نامه با رویکرد تجمیع اهداف بیان شده به بررسی تأثیر حضور مزارع بادی در برنامه ریزی توسعه شبکه فوق توزیع با در نظر گرفتن ملاحظات قابلیت اطمینان شبکه می پردازد. می توان به تعیین مدل احتمالاتی توان خروجی مزارع بادی، در نظر گرفتن احتمال وقوع پیشامد یگانه در برخی اجزای شبکه، در نظر گرفتن تغییرات سالیانه بار توسط منحنی تداوم بار و تعیین میزان خرید بهینه برق از سیستم انتقال و مزارع بادی با استفاده از برنامه ریزی خطی و نهایتاً استفاده از الگوریتم ژنتیک با یک کد گذاری جامع جهت در نظر گرفتن تمامی متغیرهای مسأله اشاره نمود. روش پیشنهادی بر روی یک شبکه نمونه اعمال گردیده و تأثیر پارامترهای مختلف بر برنامه ریزی توسعه طی آزمایش های مختلف بررسی شده است.

چکیده افزایشجمعیتوتغییراتعمدهدرالگویمصرفانرژی، افزایشسالیانهمیزانانرژیالکتریکیمصرفیوبالارفتنپیکمصرفبرقدرهرسالبادرنظرگرفتناینمطلبکهعمدهنیازبارپایهشبکه-های برق دنیاازنیروگاه هایحرارتیتامینمی شود،جستجوبراییافتنجایگزین-هایمناسبومطمئنبرایمنابعتولیدالکتریسیتهفعلیراامریضروریمی سازد. باتوجهبهتکنولوژی هایموجوددرحالحاضر،تولیدانرژیالکتریکیازسوخت هایفسیلیموجبآلودگیشدیدمحیطزیستمی-شود.یکیازچالش هایاصلیپیشرویجامعهجهانی بهحداقلرساندنمیزانco2تولیدشدهدرتولید برق است، co2بهعنوانیکعاملاصلیگرمشدن زمین ودرنتیجهتغییراتآبوهواییاست. دراینراستا،کمیسیوناروپادریکقانونجدید اعلام کرد که 20 درصدازمصرف انرژیاتحادیه اروپا تا سال 2020 بایدازانرژی هایتجدید پذیرتامین شود. مسئلهدیگردرارتباطباانرژی هایفسیلیایناستکهاینمنابعپایان پذیرهستند. بنابراینیافتنمنابعجدیدتولیدانرژیکهپایان-ناپذیروتجدیدپذیر بودهوباعثآلودگیکمترمحیطزیستشوند،تبدیلبهیکیازمسائلمهمدرصنعتبرقشدهاست.ازاینرو،منابعانرژی تجدید پذیر،چونباد،امواج،خورشید، زمین گرماییو ... موردتوجهبیشتریقرارگرفته اندوبهره برداریازآن-هااهمیتیروزافزونیافتهاست. دراینمیانبادبدلیلمزیت هایفراواننسبتبهسایرمنابع،فراگیریبیشتریدارد و به همین دلیل طبق برنامه ریزی های انجام شده سهم مهمی از انرژی سبز آینده از انرژی بادی تامین می گردد. افزایش سریع تمایل برای اتصال ژنراتورهای بادی به شبکه های انتقال و توزیع، مشکلاتی را برای سرمایه گذاران انتقال و بهره برداران سیستم بوجود آورده است. در خیلی از کشورها اهداف، سناریوها و طرح های تشویقی برای توسعه تولید بادی وجود دارد. با افزایش توسعه تولید بادی، موضوع اتصال نیروگاه های بادی به سیستم انتقال اهمیت خاصی پیدا می کند. اکثرسایت هاکهدرآنانرژیبادیمی تواندمورد استفاده واقع شوددورازمراکزبارهستند،کهاینسایت هادرنهایتبایدبهشبکهانتقال متصل شوند. برنامه یکپارچه سازی تعدادقابلتوجهی ازنیروگاه های بادی توزیعشدهدرسراسرشبکه، معمولابااستفادهازبرنامه ریزی توسعه شبکهانتقال صورت می گیرد. شبکهانتقالازتراکم خطوط ومشکلاتامنیتی دیگرکه بهسادگی می تواندمانعبهره برداری ازمنابعانرژی بادی شود رنج می برد وبهتبعآنهدفترکیبنسلآینده منابع بادی غیرقابلحصولخواهدبود.گسترش خطوط انتقال،با این حال،به دلیل مشکلات در به دست آوردن حق راه برای ساخت خطوط هوایی جدیدوهمچنین ماهیت هزینه - محور این پروژه ها یکمسئلهپیچیده است.بنابراین، چالش اصلی پیدا کردن یک طرحتوسعهسیستم انتقال با سرمایه گذاری حداقل با توجه به هر دو معیار ترکیب نسل آینده و امنیت شبکه خواهد بود. در این پایان نامه تاثیر نفوذ واحدهای بادی بر برنامه ریزی میان مدت توسعه شبکه انتقال از دید سرمایه گذاری و با یک تابع هزینه - محور در افق پنج ساله توسعه مورد بررسی قرار می گیرد. مدل پیشنهادی با هدف کمینه سازی کلیه هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری سیستم، در کنار مجموعه قیود حاکم بر مسئله در هر سال طراحی توسعه سیستم را تعیین می کند. نتایج شبیه سازی مدل پیشنهادی با پیاده سازی روی دو شبکه انتقال نمونه 6 باسه و 24 باسه توسط نرم افزار gams بیانگر چگونگی تاثیر واحدهای بادی برنامه ریزی مسئله توسعه شبکه انتقال خواهد بود.

افزایش روزافزون تقاضای انرژی الکتریکی و محدودیتهای تولید انرژی با استفاده از سوختهای فسیلی، تولیدکنندگان و مصرفکنندگان را به استفاده از واحدهای تولید پراکنده ترغیب نموده است. از میان واحدهای تولید پراکنده، انرژی بادی و خورشیدی به علت از استفاده از انرژی پاک و رایگان بیشترین رشد را داشتهاند.

در این پایان نامه روش تشخیص جزیرهای شدن در شبکه ی توزیع در صورت وجود چندین منبع تولید پراکنده با استفاده از روش اکتیو مورد بررسی قرار گرفته است. روش های اکتیو به علت تزریق اغتشاش در شبکه، بر سیستم های کنترلی منابع دیگر تاثیر گذارند. روش تزریق مولفه ی منفی جریان به عنوان روشی که دارای سرعت بالا و ناحیه ی عدم تشخیص ناچیزی است، در این پایان نامه به کار برده شده است. در این روش سیستم کنترلی مبدل، توسط جریان مرجعی که به عنوان فیدبک داده می شود، جریان ترتیب منفی در حدود پنج درصد جریان مولفه ی مثبت به شبکه وارد می کند. با استفاده از اندازه گیری ولتاژ ترتیب منفی در نقطه ی اتصال مشترک بار، شبکه ی اصلی و منبع تولید پراکنده، و مقایسه ی آن با حد مشخص شده، جزیره شدن شبکه مورد تحلیل قرار می گیرد. طبق استاندارد، جزیره ای شدن شبکه باید در مدت زمان کم تر از 2 ثانیه تشخیص داده شود. کارایی این روش در سیستم استاندارد ieee1741 نشان داده شده است. با استفاده از این روش و تزریق 5 درصد جریان مولفه ی منفی، جزیره در حدود سه سیکل ولتاژ (60 میلی ثانیه) تشخیص داده می شود. استفاده از روش تزریق مولفه ی منفی جریان با وجود چند منبع تولید پراکنده که هر کدام از منابع سیستم تشخیص جزیره و کنترلی مستقلی دارند، مورد بررسی واقع شده است. چگونگی اتصال این منابع، دوری از شبکه ی اصلی و سطح جریان تزریقی به عنوان پارامترهایی که می توانند تاثیرگذار باشند، بررسی شده است. شبیه سازی شبکه ی استاندارد تک منبع و نیز شبکه ی دارای چند منبع تولید پراکنده در محیط نرم افزار pscad/emtdc انجام شده است. تشخیص جزیره در شبکه شامل سه منبع اینورتری یکسان در زمان 60 میلی ثانیه با تغییر مقدار جریان منفی تزریقی در این پایان نامه انجام شده است.

توسعه شبکه به منظور تأمین بار با قابلیت اطمینان بالا با هزینه زیادی همراه است. گاهی اوقات ممکن است به دلیل عدم قطعیت در پیش بینی بار، کمبود منابع مالی و یا استفاده حداکثری از ظرفیت فعلی شبکه به منظور کسب سود بیشتر، توسعه شبکه به تعویق بیافتد. چنین شبکه هایی با مشکلاتی برای تأمین بار در مواقع پرباری مواجه هستند. در این پایان نامه روشی برای بهبود شرایط بهره برداری در سیستم های توزیع توسعه نیافته با کمک بازآرایی شبکه و برنامه کنترل مستقیم بار ارائه شده است. برای یافتن همزمان وضعیت بهینه کلیدها، مقادیر تشویقی بهینه در برنامه پاسخ گویی بار فوق و مقادیر بارزدایی بهینه از الگوریتم ژنتیک به عنوان یکی از روش¬های جست وجوی تصادفی استفاده شده است. زیرا الگوریتم ژنتیک به جای یک نقطه، عمل جست وجو را از چند نقطه شروع کرده (جمعیت اولیه) و از چندین مسیر مختلف به سمت پاسخ بهینه حرکت می کند. در نتیجه احتمال اینکه فرآیند جست وجو در بهینه محلی قرار گیرد، بسیار کاهش می یابد. برای نشان دادن اثر بازگشت انرژی در برنامه پاسخ گویی بار، از ماتریس حساسیت بار به قیمت استفاده شده است. همچنین مدلی جامع برای نمایش تمامی برنامه های پاسخ گویی بار (چه تشویق محور و چه زمان محور) ارائه شده، سپس این مدل به گونه ای ساده شده است که نشان دهنده برنامه کنترل مستقیم بار باشد. هزینه های بهره برداری از شبکه به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده اند. قیود ولتاژ، ظرفیت خطوط شبکه و برخی از قیدهای مربوط به برنامه های پاسخ گویی بار نیز در ارزیابی تابع هدف در نظر گرفته شده اند و در نهایت برای نشان دادن کارآیی روش ارائه شده در کاهش هزینه های بهره برداری، دو دسته سناریو روی شبکه 33 باسه باران پیاده سازی شده است. در دسته اول طول دوره شبیه سازی یک روز و در دسته دوم یک هفته می باشد.