قرار گرفتن المانهای سیستم قدرت در یک محیط غیر مطلوب سبب پیری زودرس در آنها می شود. در مواردی که یک فلز در تماس مستقیم با یک محیط خورنده (الکترولیت) قرار میگیرد، الکترون دهی آن به سرعت افزایش پیدا می کند و پیامد آن خورده شدن فلز مورد نظر است. تجهیزات فلزی دفن شده در زمین یا زیر دریا بیشتر در معرض خوردگی هستند. از آنجائیکه تعمیرات دوره ای و معمول در محیط هایی مانند زیر آب یا خاک به راحتی امکان پذیر نمی باشد، وجود یک سیستم حفاظت کاتدی فعال و کارا ضروری به نظر میرسد. سیستم حفاظت کاتدی روشی موثر جهت کنترل و کاهش خوردگی است و به طور وسیعی برای سازه های فلزی مدفون در خاک و یا غوطه ور در آب دریا کاریرد دارد. در این روش سازه تحت حفاظت به کاتد یک پیل الکتروشیمیایی تبدیل شده و جریان لازم برای حفاظت به آن اعمال می گردد. اعمال جریان تزریقی در ناحیه ای به نام بستر زمین که توسط آندهای خاصی شکل می گیرد موثرترین راه حفاظت لوله ها و تجهیزات فلزی مدفون در خاک می باشد. هنگامی که این سیستم به خوبی در برابر خوردگی مقاوم باشد و جریان لازم حفاظتی را تأمین نماید از نظر اقتصادی بازده مناسبی ندارد. در این پروژه برآنیم تا با ارائه یک تکنیک جدید هزینه بسترهای آندی و آندهای فداشونده استفاده شده در آن را کاهش دهیم. روشی که معرفی خواهد شد تابعی غیرخطی را به گونه ای بهینه (کمینه) می نماید تا ضمن کم نمودن هزینه آندهای فداشونده و بسترهای آنان، تمامی نیازهای حفاظتی سیستم را نیز مرتفع نماید. طراحی بسترهای آندی در این روش به طور قابل ملاحظه ای ارزانتر از تکنیک های استفاده شده قبل می باشد. روش استفاده شده در این پروژه تعیین تابع هدف براساس کمینه نمودن هزینه سیستم و استفاده از الگوریتم ژنتیک جهت به دست آوردن حالتی بهینه از پارامترهای تأثیرگذار بر هزینه کلی طرح می باشد. همچنین با ارائه یک مثال عملی و به دست آوردن پارامترهای سیستم حفاظت کاتدی مربوطه، یک بار از روش های معمول و یک بار با روش معرفی شده در این پروژه به بررسی تأثیر این روش در بهینه نمودن سیستم حفاظت کاتدی می پردازیم.

برنامه ریزی توسعه شبکه انتقال یکی از حوزه های پر اهیمت در مطالعات سیستم قدرت می باشد که تمام بخشهای سیستم قدرت اعم از تولید و مصرف را تحت تاثیر خود قرار می دهد. تجدید ساختار در صنعت برق ، تغییرات عمده ای در ساختار یکپارچه عمودی انحصاری ایجاد نموده است. هرچند وظیفه اصلی اجزای سیستم قدرت شامل تولید، انتقال و توزیع در سیستم های تجدید ساختار یافته همچنان ثابت باقی می ماند با اینحال قوانین جدید وضع شده جهت تضمین رقابت پذیری و همچنین دسترسی بدون تبعیض مصرف کنندگان ، جداسازی ها ، هماهنگی ها و وظایف جدیدی را برای اجزای اصلی در بردارد. از این رو لازم است شاخص تراکم نیز به برنامه ریزی های توسعه شبکه انتقال که پیش از این بر شاخص های قابلیت اطمینان تاکید داشته اند اضافه گردد. در پایان نامه حاضر ، برنامه ریزی اقتصادی توسعه شبکه انتقال با هدف کاهش هزینه های تراکم در سطح انتقال انجام پذیرفته است. برنامه ریزی اقتصادی توسعه مذکور ، بدنبال حداقل نمودن مجموع هزینه های سرمایه گذاری جهت احداث خطوط نامزد و هزینه های تراکم می باشد در این راستا از یک چهارچوب تصمیم گیری چند-بازه زمانی جهت بدست آوردن ارزش اقتصادی هزینه های بهره برداری در طول بازه زمانی برنامه ریزی بهره گرفته شده است. از الگوریتم ژنتیک dcga به عنوان ابزار بهینه سازی مدل برنامه ریزی ارایه شده جهت توسعه شبکه انتقال –که از ماهیتی غیرخطی مختلط عدد صحیح برخوردار می باشد- استفاده شده است. با بکارگیری چهارچوب تصمیم گیری چند-بازه زمانی و حل برنامه ریزی توسعه ارایه شده، بهره بردار مستقل سیستم قادر خواهند بود برنامه سرمایه گذاری که کل سیستم و شبکه مورد نظر را از دیدگاه رفاه اجتماعی بهبود بخشد بدست آورند. در این پایان نامه رویکرد پیشنهادی ابتدا بر روی یک شبکه شش شینه و در ادامه بر روی شبکه برق منطقه ای آذربایجان که در برگیرنده ناحیه شمال غرب کشور (استانهای اردبیل، آذربایجان شرقی ، آذربایجان غربی) می باشد اعمال گردیده است. نتایج بدست آمده حاکی از انعطاف پذیری مدل ارایه شده در مواجهه با شبکه های واقعی می باشد.

افزایش سطح نفوذ نیروگاههای تولید پراکنده و تجدیدپذیر نظیر مزارع بادی در سیستم های قدرت به دلایل مختلفی از جمله علل زیست محیطی، اقتصادی، غیرمتمرکزگرایی و محدودیت در سوختهای فسیلی سبب افزایش تاثیر این نیروگاهها بر سیستم قدرت گشته است. مزارع بادی که غالبا شامل ژنراتورهای القایی می باشند، به دلیل مصرف توان راکتیو با مشکلات پایداری ولتاژ همراه می باشند. در این پایان نامه به ارایه تحلیلی جامع از روشهای آنالیز پایداری ولتاژ در شبکه های توزیع با حضور منابع تولید پراکنده بادی پرداخته شده است. در این راستا به مطالعه شاخص های پایداری ولتاژ مورد استفاده در شبکه های توزیع الکتریکی با هدف سنجش فاصله نقطه کار سیستم از نقطه بحرانی و حداکثر بارگذاری، مطالعه مدل های ارایه شده در مورد عناصر مختلف موجود در مزارع بادی و در انتها شبیه سازی یک مزرعه بادی متصل به شبکه توزیع پرداخته شده است. شبیه سازی یک مزرعه بادی متصل به شبکه توزیع توسط خط انتقال در محیط نرم افزار matlab-simulink صورت پذیرفته است. موارد انجام شده در شبیه سازی شامل بررسی اثر برخی از مشخصات سیستم توزیع الکتریکی نظیر ظرفیت اتصال کوتاه و نسبت اندوکتانس به مقاومت آن روی پایداری ولتاژ، مقایسه عملکرد ژنراتورهای القایی و ژنراتورهای سنکرون در مزرعه بادی و بررسی و مقایسه عملکرد خازن و statcom به عنوان جبرانساز توان راکتیو در شبکه می باشد. با افزایش ظرفیت اتصال کوتاه و نسبت راکتانس به مقاومت شبکه، پایداری ولتاژ و حد بارگذاری شبکه به ترتیب افزایش و کاهش پیدا می نماید. توربین های بادی ژنراتور القایی باید به همراه ادوات جبران کننده توان راکتیو نظیر خازنها و یا ادوات facts مورد بهره برداری قرار گیرند.

ولتاژهای شفت از جمله پدیده هایی هستند که در ماشین های دوار وجود دارند و منابع متفاوتی به نسبت های مختلف در به وجود آوردن این ولتاژها سهیم هستند. در این پژوهش ولتاژهای شفت در مولدها مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرند. ولتاژ شفت باعث به وجود آمدن جریان های عبوری از یاتاقان ها می گردد. این جریان ها از روغن یاتاقان ها عبور می کنند و به مرور زمان با ایجاد حباب در آن ها منجر به از کار افتادن آن ها می شوند. اگر مقدار ولتاژ شفت از سطح ولتاژ شکست دی الکتریک مربوط به لایه روغن موجود در یاتاقان ها فراتر رود، جریان دشارژی از یاتاقان ها عبور خواهد کرد که این جریان منجر به وارد شدن صدمه های شدیدی به یاتاقان و مولد می گردد. به منظور بررسی پدیده ولتاژهای شفت، مدل سازی دقیق سیستم مورد مطالعه مورد نیاز است. در این پژوهش سعی شده است که مدل کاملی به منظور بررسی این پدیده در مولدهای سنکرون ارائه شود. جهت مقابله با این ولتاژ راهکارهایی وجود دارند که برخی از این راهکارها مورد بررسی قرار گرفته اند و مزایا و معایب هر یک توضیح داده شده است. دو راهکار مقابله با ولتاژ شفت که عبارتند از نصب فیلتر پسیو و استفاده از مبدل ولتاژ باک در خروجی یکسوکننده سیستم تحریک، به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته و روی مدل ارائه شده از سیستم بکار گرفته شده اند. مدل استخراج شده از سیستم به همراه دو راهکار ارائه شده، در matlab/simulink شبیه سازی شده اند و نتایج به دست آمده مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته اند.

با توجه به استفاده روزافزون از مبدل های الکترونیک قدرت، اخیراً توجه بیشتری به بالا بردن کیفیت سیستم های تبدیل انرژی و راندمان مبدل های مبتنی بر سوئیچ های الکترونیکی مبذول شده است. از جمله ساختارهای پیشنهادی بکار گرفته شده می توان به مبدل های دو سطحی و چند سطحی با مدولاتور svm اشاره کرد. امروزه svm یک تکنیک مدولاسیون شناخته شده برای مبدل های الکترونیک قدرت با توان متوسط و ولتاژ بالا می باشد. در طی سالیان اخیر به علت مزایای روش svm در پیاده سازی از جمله سادگی و زمان کم برای محاسبات و همچنین thd پایین، بررسی های فراوانی در رابطه با روش های پیاده سازی و نحوه اجرای کلیدزنی این روش ها صورت گرفته است.باید توجه داشت که تمام مراحل مدولاسیون svm به منظور پیاده سازی ولتاژ مرجع، فرآیندی زمان بر است که علت آن یافتن موقعیت بردار مرجع به علاوه اجرای محاسبات ضروری برای مدولاسیون می باشد. از این رو این پایان نامه، یک تکنیک مدولاسیون را که بر روی یک سیستم سه فاز متمرکز می شود معرفی می کند، به نحوی که به طور مستقیم از دو ولتاژ خط مستقل در فرآیند یافتن بردارهای سوئیچینگ و نسبت وظیفه های آنها استفاده می کند. این مدولاسیون فرآیند جایابی بردار مرجع را که برای مدولاسیون svm نقش حیاتی دارد، حذف کرده و به طور مستقیم بردارهای کلیدزنی را از روی مولفه های بردار مرجع ولتاژ محاسبه می کند که در نتیجه، کاهش حجم محاسبات به منظور پیاده سازی را به دنبال دارد. روش پیشنهادی برای مبدل های سه ساق سه سطحی با ارائه چند مثال و شبیه سازی و مقایسه با svm متداول ارائه شده است،به علاوه مد خطی overmodulation برای گسترش محدوده بهره برداری از ولتاژ dc مبدل، با ارائه روابط و شبیه سازی بحث می شود.در ادامه روابط مربوط به مبدل سه ساق برای تعمیم عملکرد آن برای مبدل های چهار ساق چند سطحی به حالت سه بعدی تعمیم داده شده است.در آخر نتایج بدست آمده بوسیله شبیه سازی مثال هایی از سایر مقالات، مورد مطالعه قرار می گیرد و صحت روابط بدست آمده بوسیله معیار thd و مقایسه سیگنال ورودی و خروجی مورد تایید قرار می گیرد.

فرآیند های صنعتی مدرن، مبتنی بر مقادیر زیادی از ادوات الکترونیکی و سیستمهای میکروکنترلر دار، می باشند. در نتیجه، چنین بارهایی در مقابل اختلال های شایع منبع تغذیه، مانند وقفه های کوتاه، فروافتادگی ولتاژ، افزایش ولتاژ، نوسانات ولتاژ و هارمونیک ها، آسیب پذیر می باشند. فروافتادگی ولتاژ شایع ترین اختلال برای تجهیزات صنعتی می باشد. در این پروژه، کاربرد جبران ساز سنکرون استاتیکی سریsssc برای حفاظت بارهای حساس در مقابل فروافتادگی ولتاژ، مطالعه می شود. از آنجاییکه اکثر خطاهای سیستم قدرت تک فاز یا دوفاز هستند، الگوریتم های کنترلی sssc باید علاوه بر افت ولتاژهای متقارن، برای افت ولتاژ های نامتعادل نیز تطبیق داده شوند. این پروژه یک الگوریتم کنترلی برای اصلاح عملکرد دینامیکی sssc پیشنهاد می کند. الگوریتم مورد نظر، برای اینکه بتواند با نامتقارنی افت ولتاژ به درستی مواجه شود، از یک تکنیک موسوم به dsc برای جداسازی مولفه های توالی مثبت و منفی ولتاژ تغذیه استفاده می کند. بنابراین، برای این دو توالی، دو کنترلر مستقل که هر یک مبتنی بر کنترلر دو برداری dvc هستند، پیاده سازی می شوند. صحت روش پیشنهادی به وسیله شبیه سازی یک سیستم توزیع نمونه 13 فیدر استاندارد ieee در محیط simulink/matlab نشان داده می شود.

امروزه با تغییر شکل بازار برق از سنتی به رقابتی لازم است تا هزینه های اقتصادی مربوطه در چارچوب تغییر ساختار در ارائه سرویس توان راکتیو به عنوان یکی از خدمات جانبی بسیار مهم شبکه که کنترل آن بر عهده اپراتور مستقل سیستم است و بدون وجود آن، امکان انتقال مطلوب توان حقیقی در سیستم قدرت وجود ندارد، مورد توجه قرار گیرند. به دلایل مختلف از جمله نو بودن و پیچیدگی مطلب، به مقوله قیمت گذاری سرویس توان راکتیو در صنعت برق تجدید ساختار یافته کمتر پرداخته شده است. اساس نظری و تحلیل قیمت گذاری زمان-واقعی برای نخستین بار در سال 1982 میلادی مطرح شد. پس از آن بر اساس روش مشابه به قیمت گذاری توان راکتیو در صنعت برق سنتی پرداخته شد که بعدها به روش های مشابه مطالعات زیادی در خصوص قیمت گذاری توان اکتیو و راکتیو صورت گرفت که اساس کار آنها استفاده از پخش بار بهینه است و تفاوت عمده آنها در تابع هدف و قیود انتخاب شده است. در این پایان نامه ابتدا با استفاده از الگوریتم های خاص به طراحی مدل قیمت توان راکتیو با استفاده از هزینه فرصت های از دست رفته توان اکتیو در یک محیط تجدید ساختار شده صنعت برق پرداخته شده است و سپس با هدف کمینه کردن قیمت توان اکتیو و راکتیو با تشکیل معادله لاگرانژ مناسب، مسئله پخش بار بهینه ایجاد خواهد شد. در ادامه با معرفی روش های مناسب جهت حل مسئله پخش بار بهینه، که مطابق با ماهیت یک صنعت برق تجدید ساختار یافته با امکان دسترسی باز باشد، میزان بهینه توان اکتیو و راکتیو تولیدی توسط واحدهای نیروگاهی و در نتیجه با استفاده از تئوری هزینه های حدی، هزینه توان اکتیو و راکتیو در قبال هر قرارداد بدست خواهد آمد. در نهایت، با اعمال الگوریتم های معرفی شده بر روی شبکه آزمون، صحت مطالب مورد بررسی قرار می گیرد.

در این پایان نامه به ارائه مدلی جهت بهره برداری بهینه از یک میکروگرید ، شامل تولیدکننده های قابل راهبری(میکروتوربین ) و غیرقابل راهبری(توربین بادی)، سیستم ذخیره انرژی، و مصرف کننده ها پرداخته شده است. این میکروگرید امکان تبادل دوطرفه انرژی با شبکه توزیع بالادست را نیز دارا می باشد. همچنین در این میکروگرید دو نوع کلی بارهای قابل کنترل و غیرقابل کنترل وجود دارند. برای بارهای قابل کنترل با ارائه مدل های بهره برداری و کنترلی جدید، میزان مصرف آنها با توجه به تغییرات میزان تولید بادی، و یا قیمت شبکه توزیع بالادست و نیز در نظر گرفتن سطح آسایش مصرف کنندگان تغییر یافته و یا به زمان دیگری منتقل شده است. البته این عملکرد کنترلی همراه با تشویق و یا تخفیف در هزینه برق مصرفی برای آنها می باشد. به منظور مدل سازی عدم قطعیت های تولید بادی، قیمت شبکه توزیع بالادست، توان مصرفی بارهای غیر قابل کنترل، و نیز احتمال خروج اجباری واحدها و یا قطعی از شبکه توزیع بالادست از روش شبیه سازی احتمالاتی مونت کارلو استفاده گردیده است. مطابق این روش ابتدا برای هر یک از عوامل عدم قطعیت ذکر شده، یک تابع توزیع احتمالاتی محاسبه گردیده و در ادامه با استفاده از این توابع، سناریوهای مختلفی برای امکان وقوع آنها استخراج شده است. سپس با استفاده از الگوریتم کاهش سناریو، در راستای کاهش زمان شبیه سازی، تعداد این سناریوها به مقدار مورد نظر کاهش داده شده است. در نهایت هر یک از این سناریوها به همراه سایر ورودی های مورد نیاز وارد برنامه بهینه سازی بهره برداری 24 ساعت آینده این میکروگرید شده اند. برای این برنامه بهینه سازی، یک تابع هدف از دید مدیر میکروگرید استخراج و با استفاده از الگوریتم اجتماع پرندگان بیشینه سازی شده است. در نهایت برنامه زمان بندی بهره برداری بهینه برای یک میکروگرید نمونه ارائه گردیده و نتایج شبیه سازی برای در نظر گرفتن برنامه های کنترل بار و عدم قطعیت های مختلف در بهره برداری از آن، مقایسه و مورد تحلیل قرار گرفته اند.

فلیکر یکی از قدیمی ترین اختلالات کیفیت توان می باشد که مهندسین برق در سیستم های قدرت با آن مواجه بوده اند. نمود بصری این پدیده از یک سو و افزایش روز افزون بارهای مولد فلیکر در شبکه های قدرت امروزی از سوی دیگر، ضروررت تعریف تحقیقی جامع با محوریت پدیده فلیکر را مورد تایید قرار می دهد. هدف نهایی این تحقیق، بررسی روشهای مختلف ردیابی دامنه سیگنال فلیکر و ارائه الگوریتمی مبتنی بر این روشها جهت تشخیص منابع مولد فلیکر در شبکه می باشد. در راستای دستیابی به این هدف، پس از تشریح و توصیف این پدیده، تعریف و تعیین شاخص های ارزیابی فلیکر در بخش های مختلف شبکه امری اجتناب ناپذیر است. در نتیجه، استاندارد ieee 1453 در قالب یک فصل به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته است. در مقالات اخیر، با توجه به معایب روش های پیشین در زمینه تحلیل پدیده فلیکر، گرایش به سمت روش های ردیابی دامنه می باشد. در این تحقیق، بررسی کاملی از 4 روش ردیابی دامنه adaline، rls، teo و ht صورت پذیرفته است. با توجه به قابلیت این روش ها در استخراج سیگنال مدوله کننده از یک سیگنال دارای مدولاسیون دامنه، یک روش پیشنهادی جهت تشخیص منابع مولد فلیکر در شبکه ارائه شده است. همچنین، با ترکیب این الگوریتم ها، روشی ارائه گشته است که ردیابی دامنه، فاز و فرکانس سیگنال اندازه گیری شده را به طور همزمان انجام می دهد. با استفاده از این روش ترکیبی، به منظور جبرانسازی فلیکر، یک سیستم کنترلی جهت پیاده سازی در dstatcom طراحی شده است. در انتها، با استفاده از شبیه سازیهای مختلف، عملکرد این روش های پیشنهادی موردارزیابی و تأیید قرار گرفته است.

در سیستم قدرت نوسانات ولتاژ و افزایش یا کاهش توان راکتیو اثر بزرگی بر کیفیت توان الکتریکی خواهد گذاشت. به همین دلیل امروزه استفاده از جبران کننده ها به منظور افزایش کیفیت برق پیش نهاد شده است. در این پایان نامه جبران کننده کنترل شده مغناطیسی معرفی شده است. استفاده از این جبران کننده روش خوبی به منظور کاهش بلند مدت ولتاژ در بی باری خواهد بود. رآکتور های موازی در جبران سازی اثر خازنی خط به ویژه در کم کردن مقدار اضافه ولتاژ در حالت مدار باز یا کم باری استفاده می شوند. با طراحی درست و بهینه مدار مغناطیسی و الکتریکی یک mcr می توانیم بدون استفاده از فیلترهای خاص به توزیع هارمونیکی کمتر از 2 تا 3 درصد دست پیدا کنیم. از آنجایی که mcr در عمل به صورت سه فاز با اتصال مثلث استفاده می شود می توان گفت به دلیل حذف شدن هارمونیک سوم دارای توزیع هارمونیک کمتری نسبت به مدل تک فاز می باشد. در این پایان نامه روشی جدید برای کاهش هارمونیک در mcr تک فاز ارائه شده است. ابتدا مدل ریاضی و شبیه سازی شده هارمونیک راکتور کنترل شونده مغناطیسی با دو سطح اشباع معرفی شده است. در این مدل دو دریچه مغناطیسی با طول و پهنای متفاوت وجود دارد که باعث می گردد زمان اشباع هر مرحله با مرحله قبل متفاوت گردد. جریان هارمونیکی مرحله اول می تواند توسط جریان هارمونیک مرحله دوم جبران شده و در نتیجه هارمونیک کل نسبت به حالت بدون دریچه مغناطیسی کمتر شود. در ادامه مدل بهینه و گسترش یافته ای از روش اشباع دو مرحله ای ارائه شده است. در این مدل با استفاده از الگوریتم هوشمند sghs بهینه ترین تعداد شکست دریچه مغناطیسی و اندازه هر مرحله را به دست آورده ایم. همچنین با استفاده از شبیه سازی صحت تمامی نتایج مدل ریاضی را نشان داده ایم. با استفاده از این روش توانستیم هارمونیک mcr را بیش از 60% کاهش دهیم.

روشهای جبرانسازی pq و dq به دلیل اینکه از یک فیلتر پایین گذر برای جداسازی مولفه ی dc توان اکتیو و جریان محور d استفاده می کنند، در صورت وجود هارمونیکهای مرتبه ی پایین دارای پاسخ گذرای کند می باشند و علاوه بر این، این روشها نمی توانند جریان بار را در شرایط هارمونیکی شدن ولتاژ منبع، جبرانسازی کنند. در این پایان نامه برای بر طرف کردن این مشکلات، در فصل 5 فیلتر پایین گذر موجود در روشهای dq و pq با تبدیل موجک زمان واقعی جایگزین شده اند. این تبدیل توانسته است پاسخ گذرا را بهبود داده و به روشهای ذکر شده در بالا این توانایی را بدهد که جریان بار را در شرایط هارمونیکی شدن منبع ولتاژ جبرانسازی کنند. برای بررسی درستی روش پیشنهادی، نتایج شبیه سازی توسط نرم افزار matlab و نتایج آزمایشگاهی توسط dsp tms320f28335ارائه شده است. یکی از مهمترین عوامل در پردازش سیگنال توسط dsp، فرکانس نمونه برداری dsp است. در فصل 5 نشان داده شده است که اگر فرکانس نمونه برداری dsp به قدر کافی بزرگ انتخاب شود، نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی مشابه هم خواهند شد. علاوه بر این، در فصل 6 این پایان نامه یک روش جدید برای جبرانسازی هارمونیکها توسط تبدیل موجک زمان واقعی پیشنهاد شده است. این الگوریتم با استفاده از فاز و دامنه ی استخراج شده، جریان جبرانسازی شده را با ولتاژ منبع هم فاز می کند. هم فاز شدن ولتاژ و جریان باعث می شود که بار از دید شبکه به صورت یک بار مقاومتی کامل دیده شود که نه توان راکتیو جذب و نه توان راکتیو مصرف می کند. مبادله نشدن توان راکتیو بین بار و شبکه، تلفات سیستم قدرت را کاهش داده و ظرفیت خطوط انتقال را برای انتقال توان اکتیو آزاد می کند. از دیگر ویژگی های مهم روش پیشنهادی در فصل 6، توانایی جبرانسازی عدم تعادل بار و جبرانسازی جریان بار در شرایط هارمونیکی شدن ولتاژ منبع است. سیستم قدرت شبیه سازی شده در فصل 6، شامل یک ژنراتور بادی از نوع dfig بوده که از طریق یک خط انتقال به طول 30 کیلومتر به شبکه ی قدرت متصل می شود. این ژنراتور بادی از کلیدزنی pwm استفاده می کند، و هارمونیکهای تولیدی توسط آن در سطح قابل قبولی قرار دارد. بارهای متصل به شبکه شامل بار غیر خطی، بار نامتعادل و بار سه فاز متعادل هستند و سیستم قدرت شبیه سازی شده در فصل 6 یک سیستم قدرت سه فاز و چهار سیمه است.

سیستمهای تشخیش تخلیه جزئی به منظور تعیین کیفیت عملکردو دقت کاری باید مورد ارزیابی قرار گیرند. این بررسی بر اساس پارامترها و مشخصات مربوطه که در استاندارد مربوط ذکر شده اندانجام می گردد. در این پروژه سیستمهای موجود با در نظر گرفتن پارمتر های مربوط به استاندارد iec آنالیز سده اند. همچنین پارامتر جدیدی نیز به عنوان یک پارامترموثر در عملکرد این دستگاهها معرفی شده و تستهای مربوطه با بررسی تاثیر این پارامتر در عملکرد دستگاههای تشخیص تخلیه جزئی انجام شده اند.

چکیده: نظر به گسترش استفاده از منابع انرژی های تجدیدپذیر در تولید الکتریسیته و با توجه به افزایش روزافزون مصرف توان الکتریکی، بازنگری در ساختار سیستم های قدرت کنونی برای جلوگیری از ناپایداری شبکه تحت شرایط غیرمتعارف و اغتشاشات علاوه بر شرایط نرمال سیستم ضروری به نظرمی رسد. لذا در راستای جلوگیری از سرمایه گزاری های غیرقابل توجیه روی گسترش سیستم های قدرت کنونی جهت پوشش کسری ظرفیت انتقال قدرت، بکارگیری انواع مختلف کنترلرهای استاتیکی و دینامیک می تواند بسیار موثر واقع گردد. از میان جبرانسازها، از آنجاییکه کنترلرکننده های facts و تکنولوژی های hvdc به عنوان جبرانسازهای مبتنی بر الکترونیک قدرت که قادر به تطابق سریع پارامترهای خود با تغییر مشخصه های سیستم می باشند، قادر به بهبود عملکرد و پایداری سیستم های قدرت بوده اند، در دهه های اخیر بطور جهان گستر مورد استفاده واقع گردیده اند. لذا در پایان نامه حاضر، به منظور تعیین مناسب ترین جبرانساز جهت ساخت و بکارگیری در آزمایشگاه انیستیتوی سیستم های قدرت دانشگاه هانور، انواع مختلف کنترلرهای facts و تاثیر آنها بر پایداری سیستم به ویژه بر پایداری ولتاژ و گذرا مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. از میان کنترلرهای موازی نصب svc و statcom در ضعیف ترین نقطه برای دو ساختار مختلف سیستم آزمایشگاه آنالیزگردیده است. در اولین پیکربندی که بار به عنوان نقطه انتهایی خط درنظر گرفته شده است، مشاهده می شود که با تامین کسری توان راکتیو توسط جبرانسازهای طراحی گردیده ، حد ناپایداری ولتاژ افزایش می یابد. در ساختار دوم که سیستم آزمایشگاه به شبکه دانشگاه متصل گردیده است، ملاحظه می شود که سیستم تحت هر دو شرایط نرمال و اختلالات، از هر دو پایداری گذرا و ولتاژ برخوردار گردیده است. علاوه براین تاثیر کنترلرهای sssc و upfc و از میان تکنولوژی های hvdc ، csc-hvdc ، روی بهبود پایداری گذرا و ولتاژ سیستم آزمایشگاه برای هر دو ساختار بررسی و مقایسه گردیده است.

سیستم قدرت امروزی یک شبکه پیچیده ای است که از هزاران شینه و صدها ژنراتور ساخته شده است طوری که تولید کنندگان توان، در مرکز بار در حال رشد قرار نمی گیرند. با افزایش تقاضای توان، با استفاده از ظرفیت خازنی سیستم قدرت، می توان ساخت خطوط انتقال جدید و گسترش پست ها را به تعویق انداخت. در بسیاری از حالت ها ساختار خطوط انتقال سنتی موجود، برای تجهیزات کنترل پیچیده و سیستم های قدرت بهم متصل شده بزرگ، طراحی نشده است. امپدانس خط، ولتاژهای انتهایی طرف گیرنده و فرستنده و زاویه فاز بین ولتاژها، توان الکتریکی انتقالی بر روی یک خط را تعیین می کنند. بنابراین با کنترل یک یا چند فاکتور توان انتقالی، کنترل توان اکتیو، همانند توان راکتیو بر روی یک خط، امکان پذیر می باشد. کنترل کننده statcom نمونه ای از سیستم های انتقال جریان متناوب انعطاف پذیر می باشد که جهت استفاده از حداکثر ظرفیت شبکه استفاده می شود. در این پایان نامه، پارامترهای پایدارساز سیستم قدرت و کنترل کننده statcom در سیستم های قدرت تک ماشینه و چند ماشینه با هدف میرایی نوسانات ناحیه ای و بین ناحیه ای به صورت هماهنگ شده طراحی شده است. مسئله طراحی پارامترهای pss و کنترل کننده statcom به صورت یک مسئله بهینه سازی در نظر گرفته شده و از الگوریتم بهینه سازی زنبوران عسل جهت جستجوی پارامترها استفاده شده است که قابلیت بالایی در حل مسائل بهینه سازی دارد. برای اطمینان از نتایج بدست آمده، مقایسه ای با نتایج حاصل از کاربرد الگوریتم ژنتیک انجام شده است. موثر بودن کنترل کننده پیشنهادی توسط مطالعات شبیه سازی غیرخطی حوزه زمانی در محدوده وسیعی از شرایط بارگذاری توضیح داده شده است. نتایج شبیه سازی غیرخطی حوزه زمانی نشان می دهد طراحی کنترل کننده با استفاده از الگوریتم بهینه سازی زنبوران عسل نتیجه بهتری نسبت به الگوریتم ژنتیک دارد و همچنین آنالیز عملکرد سیستم تحت بارگذاری متفاوت نشان می دهد کنترل کننده بر اساس پارامتر ? نتایج بهتری نسبت به کنترل کننده بر اساس پارامتر c دارد.

در سالهای اخیر، مطالعات در مورد پیل های سوختی به دلیل اینکه منابع انرژی تمیز و کارآیی برای الکتریسیته هستند و موارد استفاده زیادی در حمل و نقل وکارکردهای ساکن دارند، افزایش یافته است. این پایان نامه یک از مهم ترین مسائل حضور تولیدات پیل سوختی در سیستم های قدرت- تاثیر آن بر روی پایداری گذرای سیستم قدرت، زمانی که متصل با سیستم تولید توان سنتی عمل می کند- را بررسی می نماید. در ابتدا در مورد پیل سوختی، انواع آنها و مشخصات عملکردی آنها بحث شده است. در میان انواع پیل سوختی موجود از مدل sofc به دلیل یک سری از مزایا در مقایسه با انواع دیگر استفاده شده و بطور کامل مدلسازی و ساختمان آن توضیح داده شده است. توان تولیدی پیل سوختی dc است بنابراین برای اینکه به شبکه قدرت وصل شود نیاز به یک سری مبدل الکترونیک قدرت می باشد که توان مطلوب شبکه را فراهم نماید که نحوه کار این مبدل ها و کنترل آنها مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. در اینجا هدف اصلی بررسی تاثیر پیل سوختی بر روی پایداری گذرای ژنراتور سنکرون است، لذا مدل سازی ژنراتور سنکرون ارائه شده است. برای مطالعه تاثیر پیل سوختی بر روی پایداری گذرای سنکرون، از یک میکروشبکه نمونه استفاده می شود. این میکروشبکه شامل چندین منبع تولید کننده می باشد که در ابتدا همه آنها همه ژنراتورهای سنکرون می باشد. سپس به جای دو عدد از ژنراتورهای سنکرون، دو واحد پیل سوختی با توانی معادل با ژنراتور سنکرون جایگزین می شود. در مرحله بعد تعداد پیل های سوختی جایگزین شده با ژنراتورهای سنکرون به 4 واحد می رسد. نتایج شبیه سازی که با استفاده از نرم افزار مطلب انجام شده است، نشان می دهد که با حضور پیل سوختی پایداری گذرای ژنراتور سنکرون بدتر می شود و هر چه تعداد واحدهای پیل سوختی درشبکه زیادتر باشد، پایداری گذرای ژنراتور سنکرون به هنگام بروز خطا کمتر می شود. نتایج شبیه سازی هم چنین موید این مطلب است که پایداری گذرای ژنراتور سنکرون در شبکه ای که توان تولیدی همه ژنراتورهای سنکرون یکسان است نسبت به شبکه معادلی که دارای ژنراتورهای با توان تولیدی متفاوتی است، کمتر است.

تامین انرژی بویژه انرژی الکتریکی از نیازهای اصلی هر اجتماع صنعتی و نیمه صنعتی می باشد و توسعه اقتصادی و شکوفایی صنعتی بدون توسعه صنعت برق ممکن نیست چرا که کمبود انرژی الکتریکی می تواند صدمات جبران ناپذیری بر پیکره اقتصادی جامعه وارد کند. امروزه صنعت برق، نه تنها با فراهم کردن منابع جهت برآورده سازی انرژی موردتقاضای صنایع مواجه هستند، بلکه از طرفی حداقل سازی و کاهش اثراتی که بشر بر روی محیط در ارتباط با تولید این انرژی دارد نیز یکی دیگر از موارد مورد توجه می باشد. در نتیجه با توجه به مشکلات مطرح شده در بالا تمام کارشناسان و طراحان در صنعت برق به فکر راه حلی افتادند که در نهایت با بررسی ایده های مختلف مساله شبکه های هوشمند قدرت پا به عرصه فناوری گذاشته است. شبکه هوشمند راه حلی برای این چالش ها است که سود و بازدهی بسیار زیادی دارد. برای سمت مصرف کننده بدین معنی است که آنها می توانند بر روی مصرف خودمدیریت هوشمندانه انجام دهند تا در ساعات پیک که قیمت انرژی گران می باشد، هزینه کمتری بپردازند و برای کارشناسان محیط زیست، این شبکه به معنی استفاده از تکنولوژی جهت کمک به حل تغییرات مضر آب و هوایی و اجتناب از تولید گازهای دی اکسید کربن بیش از اندازه می باشد و برای همکاران صنعت برق پیک سایی و تصمیم گیری هوشمندانه و ارائه اطلاعات دقیق از وضعیت شبکه است شبکه هوشمند امروزه یک مفهوم بزرگ در سیستم های قدرت بوده که هنوز مفهوم عمومی اینکه،شبکه هوشمند چه چیزی است،باز می باشد،با وجود این بعضی از ویژگی های شبکه هوشمند همچون انعطاف پذیری و حالت ارتجاعی سیستم های توزیع،زیر ساخت خود درمان،اتوماسیون مبتنی بر نفوذ بالای تکنولوژی اطلاعات و ارتباطات،ادغام تولیدات پراکنده و ذخیره کننده انرژی،کاربرد الکترونیک صنعتی،زیر ساخت اندازه گیری پیشرفته و دسترس پذیری سرویس های جدید مشتری به طور معمول پذیرفته شده است. ضرورت انجام تحقیق ضرورت انجام این تحقیق را می توان به طور خلاصه در چند بخش به شرح زیر بیان نمود: - استفاده از انرژی ها نو در سیستم های توزیع منافعی را برای شرکت های توزیع،مصرف کنندگان برق و به طور کلی جامعه به همراه دارد،که به طور خلاصه بعضی از این ویژگی ها در شکل 1-4 آورده شده است. با توجه به رشد تقاضای مصرف کنندگان استفاده از تمامی تولیدات جدید تحت یک سیستم مدیریت توزیع پیشرفته (dms) جهت بهره برداری بهینه و پاسخگویی مناسب به تقاضای بار مصرف کنندگان امری طبیعی می باشد، سیستم مدیریت توزیع پیشرفته مغز واقعی شبکه توزیع آینده که هوشمندی را به شبکه می دهد.dms به منظور انجام وظایف خود به مانند scada در انتقال، نیاز به یک روش و الگوریتم های محاسباتی مشابه که به طور معمول برای تجزیه و تحلیل سیستم های انتقال، از قبیل توپولوژی پردازنده، تخمین گر حالت ، مدل سازی بار، پخش بار، و پخش بار بهینه(opf) پذیرفته شده است دارد، واضح است که از جمله روش های مناسب باید سازگار با ویژگی های مشترک از سیستم های توزیع موجود و توابع جدیدی که برای شبکه هوشمند توسعه داده می شوند باشند. ساده ترین مثال ماژول پخش بار در dms، باید قادر به حل پخش بار چند فاز نامتعادل را برای هر دو سیستم حلقوی و شعاعی باشد - بعضی از تکنولوژی های شبکه هوشمند می توانند اثر معکوس روی سیستم توزیع داشته باشند، برای مثال نفوذ زیاد ders می تواند روی پروفایل ولتاژ و تلفات توزیع و بارگذاری تجهیزات اثر بگذارد و یا به طور معمول، سیستم های توزیع به خودی خود به دلیل نابرابر بودن بارهای سه فاز ،خطوط فرعی تکفاز ،عدم ترانسپوز فیدرهای سه فاز ، و باندل بودن هادی ها ، یک سیستم نامتعادل می باشند، اما در چند سال اخیر گسترش واحدهای تولید پراکنده تکفاز(ریز تولیدات خورشیدی و بادی) به شدت به عدم تعادل سیستم های توزیع می افزاید،همچنین با معرفی قیمت گذاری پویا،تقاضای مشتری می تواندخیلی متغیر بوده و وابسته به سیستم باشد. - در محیط شبکه هوشمند برای اپراتورهای سیستم توزیع باید اهداف عملیاتی مختلفی در نظر گرفته شود تا بتوانند نقشی فعال در سیستم های توزیع با توجه به شرایط مختلف داشته باشند،در نتیجه نیاز به یک چارچوب بهینه شده جهت بهره برداری سیستم های توزیع در قالب یک dms پیشرفته که در آن اهداف و محدودیت های مختلف سیستم توزیع دیده شود،می باشد. هدف از انجام تحقیق با توجه به بحث های اشاره شده در این فصل،اهداف و کارهای انجام شده در این پایان نامه به طور خلاصه به شرح زیر بیان می گردد: 1- به منظور ایجاد یک چارچوب تصمیم گیری برای عملیات سیستم توزیع با بازیگران چند وجهی با قابلیت عملیات انعطاف پذیر در قالب سیستم مدیریت توزیع پیشرفته،یک مدل جامع از اجزای سیستم توزیع با در نظر گرفتن شرایط نامتعادل پیشنهاد شده است.چنین مدلی برای محاسبه پخش بار بهینه سیستم توزیع سه فاز (tdopf)نامتعادل با در نظر گرفتن توابع عملیاتی مختلف،محدودیت های سیستم و بازیگران گوناگون برای اولین بار توسعه داده شده است. 2- مدل tdopf پیشنهاد شده،با استفاده از روش شبه نیوتن پیاده سازی شده است.تمام این الگوریتم در نرم افزار مطلب پیاده سازی شده و برای محاسبه پخش بار سیستم توزیع نامتعادل از نرم افزار متن باز opendss استفاده شده است. 3- تابع هدف بهره برداری در این گزارش،کمینه کردن تلفات سیستم توزیع با استفاده هماهنگ از منابع راکتیو و همچنین پیدا کردن قطع بهینه بار برای فرونشاندن اضافه بار در طرف فشار قوی(سناریوی پیک بار) می باشد.به منظور اعتبار سنجی روش پیشنهاد شده،شبیه سازی بر روی یک فیدر توزیع شعاعی 123ieee باسه انجام گرفته است.اثر روش پیشنهاد شده بر روی پروفایل ولتاژ،جریان فازهای مختلف در تمام پروسه بیان شده است.حجم محاسبات و تعداد تکرار ها برای رسیدن به جواب در تست های انجام شده به طور کامل بیان گردیده است.

ریزشبکه عملکرد قابل کنترل گروهی از بارها و منابع مقیاس کوچک است و تأمین توان منطقه ای را بر عهده دارد. اگر ریزشبکه به یک شبکه خارجی متصل باشد، می تواند در مواقع خطا و کمبود تولید از آن کمک گیرد. در این مطالعه، ریزشبکه بررسی شده از واحدهای فتوولتاییک، توربین بادی و باتری تشکیل می شود و به شبکه بالادست متصل است. هدف این مطالعه، یافتن تعداد و مکان بهینه واحدهای تولیدی و ذخیره ساز با فرض عدم قطعیت تولید است. این بهینه سازی به صورتی انجام می شود که هزینه و تلفات با هم کم شود. در این بهینه سازی، میزان اهمیت کاهش هزینه یا کاهش تلفات، قابل کنترل است. هزینه موجود در مسئله بهینه سازی از هزینه تجهیزات، جریمه قطع بار، هزینه خرید برق و سود حاصل از فروش برق تشکیل می شود. بهینه سازی به گونه ای انجام می شود که ولتاژ باس ها، جریان خطوط و lpsp به عنوان شاخص قابلیت اطمینان در محدوده مجاز قرار گیرد. به منظور بهینه سازی، ابتدا اجزای مختلف سیستم مدل سازی شده و سپس از الگوریتم pso استفاده می شود. همچنین به علت شعاعی بودن اکثر ریزشبکه ها، به منظور انجام پخش بار شعاعی در برنامه بهینه سازی از روش جاروی پس رو- پیش رو استفاده می شود. برنامه پیشنهادی بر روی یک ریزشبکه مورد آزمایش قرار می گیرد. این آزمایش نشان می دهد که فناوری های بادی یا خورشیدی باید متناسب با آب و هوای منطقه مورد مطالعه انتخاب شود. همچنین به علت نوسانات موجود در تولید منابع بادی یا خورشیدی، توصیه می شود که از یک سیستم ذخیره ساز نیز استفاده گردد. در این آزمایش مشاهده می گردد که افزایش عمق دشارژ باتری، مسائل فنی و اقتصادی را بهبود می دهد. همچنین افزایش سطح اطمینان تولید، باعث بهبود مسائل فنی می شود، ولی هزینه را افزایش می دهد.

تجربه نشان داده است که بخش عمده از خطاهایی که در خطوط انتقال رخ می دهند از نوع گذرا هستند که می توانند از طریق بی برق کردن لحظه ای خط رفع شوند، این عمل بازبست خودکار نامیده می شود که باعث اصلاح پایداری گذرای سیستم، افزایش قابلیت اطمینان و افزایش رضایتمندی مشترکین می گردد. اکثر طرح هایی که تا به حال برای بازبست خودکار به کار رفته اند از تأخیر زمانی ثابت برای وصل مجدد استفاده کرده و همچنین بدون توجه به گذرا و یا دائمی بودن خطا عمل بازبست را انجام می دهند. چنانچه عمل وصل مجدد قبل از خاموش شدن نهایی قوس خطا و یا بر روی خطای دائمی صورت گیرد، بازبست ناموفق بوده و باعث خسارت دیدن سیستم و تجهیزات می گردد. به منظور جلوگیری از این مشکلات در دهه اخیر طرح های بازبست تطبیقی ارائه و معرفی شده اند. چنین طرح هایی اولاً با تشخیص خطای دائمی از گذرا مانع وصل مجدد در موقع بروز خطای دائمی می شوند و ثانیاً در شرایط خطای گذرا عمل بازبست را پس از خاموش شدن نهایی قوس ثانویه انجام می دهند و به این ترتیب از وقوع بازبست ناموفق جلوگیری می نمایند. در این پایان نامه، روشی جدید جهت باز بست تطبیقی تکفاز در خطوط انتقال برق ارائه شده است. در این روش با استفاده از مشتق مقدار موثر ولتاژ فاز معیوب، نوع دائمی یا گذرا بودن خطا مشخص می شود، در صورت دائمی بودن خطا، سیگنال بازبست به کلید ارسال نمی شود و در صورتی که خطا قوسی باشد، با استفاده از مقدار موثر نسبت ولتاژ توالی منفی به توالی مثبت، لحظه خاموشی قوس ثانویه تعیین می شود، و بعد از خاموشی قوس ثانویه، سیگنال بازبست به کلید ارسال می شود. ویژگی روش پیشنهادی ارائه شده، این است که، تشخیص خطای دائمی از گذرا و همچنین تعیین لحظه خاموشی قوس ثانویه نیاز به تعریف سطح آستانه خاصی ندارد. همچنین روش پیشنهادی برای خطوط جبران نشده و جبران شده با راکتور شنت عملکرد صحیحی دارد. این روش بر روی خط انتقال بسیار مهم 400 کیلوولت انجیرک- عباسپور در دو حالت جبران نشده و جبران سازی شده با راکتور شنت، با استفاده از نرم افزار pscad- emtdc شبیه سازی شده و نتایج آن ارائه شده است. ضمناً با توجه به استفاده هر چه بیشتر از انرژی های نو از جمله انرژی باد در تأمین انرژی برق، تأثیر تزریق هارمونیک از سوی مزارع بادی متصل به خطوط انتقال ولتاژ متوسط، بر روی روش های قبلی بازبست تطبیقی مبتنی بر هارمونیک بررسی شده است و به این ترتیب روشی ارائه شده است که هارمونیک های ولتاژی و جریانی هیچ تأثیری بر عملکرد آن ندارند.

در سیستم های قدرت تجدید ساختار شده، اپراتور مستقل سیستم (iso) از برنامه ریزی مشارکت واحدها با در نظر گرفتن قیود امنیت سیستم (scuc) برای تسویه بازار روز بعد بهره می گیرد. در این پایان نامه نیز برای تسویه بازار همزمان انرژی و ذخیره از برنامه scuc استفاده شده است. از طرفی تجربه نشان داده است که عدم حضور مصرف کنندگان در بازار قدرت منجر به افزایش قیمت ناگهانی برق، گرفتگی خطوط انتقال، مصرف سوخت بالاتر، کمبود تولید در ساعات اوج مصرف و ... می شود. راه حل های مدیریت سمت مصرف به عنوان راهکاری برای کاهش مصرف انرژی به کار گرفته شده اند. در این پایان نامه برنامه ریزی تصادفی مشارکت واحدها با در نظر گرفتن ذخیره ژنراتورها و ذخیره تأمین شده از سوی بار تحت برنامه پاسخگویی بار اضطراری (edrp) و برنامه زمان استفاده (tou) با در نظر گرفتن محدودیت های امنیتی شبکه قدرت ارائه شده است. در برنامه پیشنهادی از مدل عملکرد اقتصادی مصرف کنندگان و منحنی کشش قیمتی تقاضا جهت تعیین سود مصرف کنندگان ناشی از مشارکت در این برنامه ها استفاده شده است. در این پایان نامه برنامه های پاسخگویی بار در ساعات اوج مصرف جهت پیک زدایی و یکنواختی پروفیل مصرف و در مواقع بحرانی به عنوان ذخیره بهره برداری سیستم به کمک اپراتور شبکه می آید. در این مدل برای در نظر گرفتن عدم قطعیت های سیستم قدرت از برنامه ریزی تصادفی اعداد صحیح مرکب دو مرحله ای (smip) استفاده شده است. همچنین از روش مونت کارلو جهت تولید سناریو برای شبیه سازی خروج های تصادفی واحدهای تولید و خطوط انتقال، عدم قطعیت در پیش بینی بار و عدم پاسخ بارهای پاسخگو استفاده شده است. در نهایت از روش پس رونده برای کاهش سناریوهای تولید شده استفاده شده است، بطوریکه علی رغم کاهش حجم محاسبات، دقت حل مسئله در حد مطلوب باقی بماند. مدل پیشنهادی بر روی دو شبکه 6 و 118 باسه ieee مورد آزمایش قرار گرفته که نتایج نشان می دهد که استفاده از ذخیره بارهای پاسخگو با توجه به محدودیت های استفاده از آن، هزینه بهره برداری سیستم را کاهش داده و تأثیر بسزایی بر افزایش قابلیت اطمینان سیستم و کاهش قیمت بازار در زمان های پیک و بحرانی دارد.

در این پایان نامه یک ریزشبکه هوشمند مبتنی بر انرژی های تجدیدپذیر و پاسخگویی بار به صورت بهینه طراحی میشود. برای درک بهتر مراحل، طراحی در سه گام انجام میگیرد. در گام اول بخشی از یک شبکه کاملا سنتی مبتنی بر سوخت های فسیلی معرفی شده و چهار نوع مشترک صنعتی، کشاورزی، خانگی و عمومی در آن در نظر گرفته شده و هزینه های آنها از دید مشترکین و بهره بردار شبکه محاسبه میشود. در گام دوم در مسیر تجهیز شبکه به انرژی های تجدیدپذیر از یک روش تحلیلی – ریاضی استفاده شده و پارامترهای موثر در سوددهی این گام مانند تعداد ادوات ریزشبکه، مقدار تشویقی(وام) و نرخ خرید تضمینی برق از ریزشبکه و بهره وری مصرف تغییر یافته و مورد بحث قرار میگیرد. در گام سوم طراحی ریزشبکه هوشمند با استفاده از الگوریتم ژنتیک و در دو سناریوی منفصل و متصل به شبکه بر مبنای بار ثابت بدون انعطاف انجام میشود. در ادامه به پیاده سازی و تشریح کامل هفت برنامه پاسخگویی بار و استفاده از یک ایده ابتکاری برای یافتن کشسانی مناسب هر مشترک پرداخته شده و در نهایت پس از مقایسه برنامه ها از دید مشترک و از دید بهره بردار ریزشبکه، برنامه rtp به همراه tou انتخاب میشود تا طراحی بهینه ریزشبکه بر مبنای این بار کاهش یافته و بصورت منفصل از شبکه با استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام شود. نتایج طراحی با حالت بدون پاسخگویی بار مقایسه میشوند. از آنجا که هدف طراحی حفظ پایایی و کفایت تضمین انرژی ریزشبکه است، هزینه کلیه سناریوها با درنظرگرفتن تاثیر عواملی چون تولید آلاینده ها و جریمه تعلق گرفته به آن، وام های دولتی برای مالکان ریزشبکه و همچنین انواع هزینه های ایجاد زیرساخت پاسخگویی بار از دید مشترک و بهره بردار، با استفاده از روش ارزش خالص فعلی که به تشریح در پایان نامه مدلسازی ریاضی شده است، محاسبه شده و تمامی نتایج قابل مقایسه با یکدیگر و با حالت مرجع ریزشبکه هستند. همچنین ادوات استفاده شده در ریزشبکه با قیمتهای به روز جهانی و با ضریب نرخ روز دلار به ریال تبدیل شده اند. با طی کردن این مراحل میتوان ادعا کرد با استفاده از اطلاعات واقعی شبکه ایران، ریزشبکه ای با قابلیت اطمینان بالا، دارای زیرساخت مخابراتی لازم برای قابلیت پاسخگویی بار و با اتکای 100% بر انرژی های تجدیدپذیر طراحی کرده ایم که اصطلاحا یک "ریزشبکه هوشمند" نامیده میشود. بررسی چهارچوب های لازم و طی کردن گام به گام این مراحل در این پایان نامه با هدف تدوین چهارچوب های لازم، که در عنوان پایان نامه عبارت استاندارد برای آن ذکر شده است، در تحقق کامل مفهوم شبکه هوشمند انجام شده است.

در این پایان نامه به مسأله ی توان در شبکه های قدرت پرداخته شده است. نخست با مروری بر تئوری های توان، تعابیر فیزیکی آن ها با ذکر نظریه های مختلف در رابطه با توان راکتیو و روش های جبران سازی شبکه-های قدرت تک فازه و سه فازه مورد بررسی قرار گرفته است. سپس با ارائه ی نقدی به تاریخ این تئوری ها «تئوری بی نهایت بودن مولفه های جریان» ارائه شده است. بدین منظور گفتمان تئوری های توان مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شده است که این ‘گفتمان ها هرگز نتوانستند به لحاظ نظری از حدی موسوم به «گفتمان استیمتزی» رها شوند. در ادامه «تئوری توان بر مبنای مسیر جریان- ولتاژ» که به اختصار «vccpt» نام گذاری شده است، پیشنهاد می شود. این تئوری از مشخصه عملکردی شبکه و با حذف زمان مابین سیگنال های ولتاژ و جریان آغاز به تحلیل می کند. vccpt برای اولین بار توانسته است مسأله ی توان را از گفتمان استیمتزی رها ساخته و تئوری های توان را به «معادلات حالت سیستم قدرت» ارتباط دهد. تئوری پیشنهادی در شبکه های سه فازه ی قدرت علی رغم نقد اساسی که به تاریخ تئوری های توان در شبکه های سه-فازه وارد می کند، به تعمیم تئوری vccpt در شبکه های سه فازه پرداخته است. در پایان نشان داده شده است که توان راکتیو تئوری آکاگی و بردار توان غیراکتیو تئوری جامع توان در شبکه های سه فازه دو مفهوم ریاضی بوده و تعابیر فیزیکی آن ها تنها در شرایط سینوسی و متعادل شبکه برقرار است.

در دنیای صنعتی امروز مبدل¬های الکترونیک قدرت نقش مهمی را برعهده گرفته¬اند. عملکرد این مبدل ها همواره از دو دیدگاه فنی و اقتصادی مورد ارزیابی قرار می¬گیرد. از نظر اقتصادی می¬بایست از کمترین هزینه ساخت و بهره¬برداری و از نظر فنی می¬بایست از کنترل پذیری و قابلیت اطمینان بالا برخوردار بوده و کیفیت ولتاژ و جریان آنها در حد مطلوبی قرار داشته باشد. در میان مبدل¬های شناخته شده برای تبدیل ولتاژ dc به ac و از نوع افزاینده، ساختارهای مختلف با ویژگی¬های فنی و اقتصادی متفاوتی ارائه شده است به نحوی که بعضی از نظر اقتصادی و بعضی دیگر از نظر عملکردی و قابلیت اطمینان در حد قابل توجهی قرار دارند. اما مشکل اصلی این است که مجموع این دو ویژگی تقریبا در هیچ کدام از این مبدل¬ها وجود ندارد چراکه برای کاهش هزینه¬ها و داشتن عملکرد مطمئن¬تر می¬بایست مراحل تبدیل سطح ولتاژ و تغییر فرم از dc به ac همزمان در یک مرحله صورت گیرد و این کار معمولا با دو ایراد اساسی مواجه است؛ یکی نبود یک مدولاسیون کارآمد و دیگری وجود هارمونیک¬های بزرگ از نوع مرتبه پایین در ولتاژ خروجی است. لذا اهداف اصلی در این رساله عبارتند از: 1- انتخاب یک مبدل تک مرحله¬ای از نوع dc/ac با قابلیت افزایش همزمان دامنه (به عنوان دشوارترین نمونه از نظر کنترل و هارمونیک¬های تولیدی). 2- ارائه یک روش مدولاسیون مبتنی بر رفتار مبدل¬های منبع ولتاژی و بهینه¬سازی آن برای مبدل¬ پیشنهادی. 3- بررسی مقادیر هارمونیک¬های خروجی در مبدل پیشنهادی و ارائه راهکار برای جبرانسازی آنها. به منظور دست یافتن به روش مدولاسیون مبتنی بر منبع ولتاژ، از تحلیل مبدل¬های dc/dc بصورت تفاضلی و استخراج یک مقدار offset ثابت استفاده شده است. همچنین برای بهبود عملکرد مبدل، روشی برای بهینه نمودن مقدار offset ارائه شده است که برای همه انواع مبدل¬های dc/ac سه فاز، اعم از buck و boost و مشتقات آنها قابل استفاده می¬باشد. به منظور جبرانسازی هارمونیک¬های مرتبه پایین نیز الگوریتمی مبتنی بر استفاده از یک نوع ابزار یادگیری ماشینی با عنوان support vector regression ارائه شده است. هدف از ارائه الگوریتم جبرانسازی، اصلاح عرض پالس¬های محاسبه شده توسط روش¬های مدولاسیونی است که در ابتدا معرفی شدند. در این رساله صحت نتایج مربوط به عملکرد روش¬های مدولاسیون و جبرانسازی پیشنهادی، علاوه بر شبیه سازی توسط پیاده سازی واقعی نیز مورد مطالعه قرار گرفته است.

یکی از مهم ترین جوانب فنی در جهت ایجاد شبکه های فعال، توانایی درک، تحلیل و استفاده از داده ها است که جمع آوری آن ها به منظور تحقق و برنامه ریزی این گونه شبکه ها اجتناب ناپذیر می باشد. تولید و مصرف در شبکه های فعال دارای مولفه های جدیدی است که در شبکه های غیرفعال موجود نبوده و یا در مقیاس بسیار کمتر مورد توجه قرار گرفته است. مهم ترین مولفه های قابل بررسی، سطوح نفوذ بالای تولید پراکنده تجدیدپذیر، انرژی های بادی و فتوولتائیک در سمت تولید و بارهای تصادفی در سمت مصرف می باشند. وجود چنین مولفه هایی در مقیاس بالا، عدم قطعیت قابل توجهی را در مسئله بهینه سازی طراحی شبکه های فعال موجب می¬گردد. دلیل این امر با توجه به تغییر پذیری بالای منابع پراکنده و بارهای تصادفی کاملا مشهود است. به عنوان نمونه، استفاده از انرژی های بادی و خورشیدی به طور متصل و منفصل از شبکه مستلزم مطالعات مربوط به عدم قطعیت حاصل از تغییر پذیری آن ها دارد و حتی به منظور طراحی سیستم های ذخیره کننده انرژی و یا تخصیص ظرفیت تولید تصادفی به مدل سازی و تحلیل مناسبی از عدم قطعیت آن ها در شبکه نیاز داریم. از طرف دیگر، پراکندگی تولید نیز بصورت اثرات تجمعی واحد های متعدد بایستی در نظر گرفته شود. با توجه به موارد مذکور، هدف اصلی رساله حاضر تحلیل و مدل سازی عدم قطعیت از نوع سری زمانی به منظور استفاده در فرآیند طراحی شبکه های توزیع فعال می باشد. مدل سازی نوینی از عدم قطعیت ناشی از تغییرپذیری تولید بادی، تولید خورشیدی و بار شبکه به منظور ایجاد امکان شبیه سازی بسیار دقیق رفتار آن ها ارائه شده است. همچنین، روش بهینه سازی مبتنی بر مدل در کاربرد طراحی شبکه فعال توسعه داده شده است که از مدل ارائه شده بهره می گیرد و پاسخ بهینه حاصله از آن در مقابل عدم قطعیت مقاوم است. به منظور نشان دادن اهمیت کاربردی، سنجش اعتبار و مقایسه مدل پیشنهادی با مدل های موجود، مطالعات متعددی در مورد شبکه های حاوی ذخیره ساز ارائه شده است.

در رساله حاضر یک الگوریتم جامع مدل سازی بار خودروهای برقی ارائه می شود به گونه ای که امکان استفاده از آن در شرایط مختلف مهیا بوده و می توان آن را به صورت مشخص جهت اعمال هر گونه پیش شرطی بسط و توسعه داد. خودروها به عنوان بارهایی با عدم قطعیت بالا در نظر گرفته می شوند که جهت مدل نمودن آن ها از روابط اتفاقی مبتنی بر توابع چند متغیره احتمالاتی استفاده می شود. انتخاب چنین روشی جهت مدل نمودن نحوه همبستگی غیرخطی میان متغیرهای تصادفی مربوطه است که در نتیجه آن بتوان بردار نمونه های تصادفی مورد نیاز برای شبیه سازی مونت کارلو را با لحاظ نمودن ارتباط موجود میان متغیرها تولید نمود. روش پیشنهادی توانایی استخراج توزیع بار ساعتی خودروهای برقی را دارا می باشد تا بتوان از آن در اموری چون انجام پخش بار احتمالاتی، طراحی شبکه های توزیع و البته جایابی ایستگاه های شارژ خودروها استفاده نمود. در واقع جامعیت روش پیشنهادی به گونه ای است که خروجی آن تنها به کاربرد خاصی محدود نباشد و همچنین، به راحتی امکان توسعه آن جهت لحاظ نمودن هر شرایط جدیدی در فرایند مدل سازی ممکن باشد. در الگوریتم پیشنهادی برای اولین بار از یک روش تصمیم گیری احتمالاتی جهت تعیین وقوع و یا عدم وقوع شارژ روزانه خودروهای برقی استفاده می شود. روش فوق بر مبنای استخراج رفتار خودروهای احتراقی در انجام سوخت گیری دوباره بنا می گردد. اعمال این الگو تاثیر مستقیم بر خروجی مدلسازی دارد. همچنین، مبحث تعیین میزان صحیح سطح شارژ باتری خودروهای برقی در زمان خروج مورد بررسی دقیق قرار می گیرد که این موضوع تاکنون در هیچ مرجعی گزارش نشده است. خروجی مدلسازی بار انجام پذیرفته در یک مساله جایابی و تعیین ظرفیت ایستگاه شارژ خودروها در یک شبکه توزیع مورد استفاده قرار می گیرد تا قابلیت آن در مسائل طراحی شبکه به نمایش گذاشته شود. شبکه فوق سیستمی اکتیو شامل منابع انرژی های نو می باشد که جهت لحاظ نمودن عدم قطعیت های هم زمان بار خودروها و تولید منابع فوق در مسئله جایابی، از بهینه سازی مقاوم اتفاقی بهره گرفته می شود.

هدف اصلی برنامه ریزی توسعه تولید، یافتن برنامه بهینه ای برای احداث واحدهای نیروگاهی است که به واسطه آن، تقاضای الکتریکی پیش بینی شده سیستم به شکل مطلوبی در طی دوره برنامه ریزی، با کمترین هزینه تامین شود. در این مطالعه روشی برای یافتن برنامه بهینه توسعه سیستم تولید در یک دوره ده ساله و با درنظر گرفتن عدم قطعیت تقاضا، پیشنهاد شده است. برنامه بهینه نوع، تعداد، سایز و زمان ورود واحدهای نیروگاهی جدید به سیستم تولید را در طی افق برنامه ریزی تعیین می کند. مدل برنامه ریزی توسعه تولید پیشنهاد شده، هزینه های سرمایه گذاری احداث واحدهای نیروگاهی جدید و همچنین هزینه های بهره برداری واحدهای موجود و جدید را مینیمم می کند. در این روش، به منظور مدل سازی عدم قطعیت تقاضای الکتریکی سیستم در مساله برنامه ریزی توسعه تولید، از روش های تخمین نقطه ای 2n و 2n+1 هونگ استفاده شده است. همچنین شبیه سازی مونت کارلو به منظور تولید تعداد زیادی سناریو و حل مساله در حضور عدم قطعیت تقاضا به کار گرفته شده است. نتایج بدست آمده از مدل مبتنی بر شبیه سازی مونت کارلو، می تواند به عنوان معیاری برای سنجش کارایی و دقت دو مدل مبتنی بر تخمین نقطه ای مورد استفاده در این پایان نامه، در نظر گرفته شود. در انتها، مطالعه ای موردی در این پایان نامه به منظور نشان دادن کارایی و دقت روش پیشنهاد شده انجام شده است. مدل پیشنهاد شده برروی بخش تولید سیستم تست قابلیت اطمینان ieee-rts79) ieee) اعمال شده و نتایج شبیه سازی نشان می دهد که پاسخ بدست آمده از دو مدل مبتنی بر روش تخمین نقطه ای 2n و 2n+1، نزدیکی زیادی به پاسخ بدست آمده از مدل مبتنی بر مونت کارلو دارد، که این نشان دهنده دقت بالای روش پیشنهادی می باشد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که در مقادیر پایین عدم قطعیت، مدل مبتنی بر روش تخمین نقطه ای 2n+1 دقیق تر از مدل مبتنی بر روش تخمین نقطه ای 2n بوده و در مقادیر بالای عدم قطعیت، مدل مبتنی بر روش تخمین نقطه ای 2n دقیق تر از مدل مبتنی بر روش تخمین نقطه 2n+1 می باشد. همچنین نتایج بدست آمده از دو مدل مبتنی بر تخمین نقطه ای 2n و 2n+1 نشان می دهد که میزان محاسبات کاهش قابل توجهی در مقایسه با حجم محاسبات انجام شده برای بدست آوردن نتایج مشابه با استفاده از مدل مبتنی بر شبیه سازی مونت کارلو، خواهد داشت.

مدیریت و کنترل سیستم های قدرت به علت حضور منابع تولید پراکنده، ریز شبکه ها، بارهای قابل کنترل و بازار برق شدیدا پیچیده شده است. در سیستم های قدرت آینده به علت گستردگی و پیچیدگی سیستم و حجم زیاد داده های کنترلی، استفاده از یک سیستم کنترل متمرکز موثر نخواهد بود. بنابراین از سیستم مدیریت و کنترل پراکنده که کنترل محلی و تصمیم گیری هوشمند را فراهم می کند استفاده می شود. سیستم چند عامله هوشمند یکی از مناسب ترین تکنولوژی ها برای پیاده سازی سیستم مدیریت و کنترل پراکنده می باشد. هدف از این تحقیق طراحی و شبیه سازی یک سیستم چند عامله برای کنترل و مدیریت زمان حقیقی ریز شبکه هوشمند می باشد. ریز شبکه هوشمند از یک لایه نرم افزاری(سیستم چند عامله کنترلی و مدیریتی) و یک لایه سخت افزاری(شامل یک منبع تولید پراکنده، ادوات الکترونیک قدرت ، شش مصرف کننده خانگی و ...) تشکیل شده است. سیستم چند عامله روی محیط jade پیاده سازی شده است در حالی که ریز شبکه مورد بررسی در محیط matlab/simulink شبیه سازی شده است. هم چنین از پروتکل ارتباطی tcp/ip برای ارتباط بین دو محیط استفاده شده است. سیستم چند عامله طراحی شده مسئولیت تشخیص خطا در شبکه بالا دست و انتقال هموار ریز شبکه از حالت متصل به شبکه به حالت جزیره ای را به عهده دارد، هم چنین پس از رفع خطا وظیفه کنترل ریز شبکه حین انتقال از حالت جزیره ای به حالت متصل به شبکه را عهده دار می باشد. وظیفه دیگر سیستم چند عامله طراحی شده حفظ تغذیه بارهای ضروری ریز شبکه در حالت جزیره ای و مدیریت این بارها در هنگام تغییر اولویت تغذیه بارها می باشد. پس از تغذیه بارهای ضروری سیستم چند عامله به بررسی توان مازاد dg موجود در ریز شبکه می پردازد، اگر dg دارای توان مازاد باشد، وظیفه سیستم چند عامله مدیریت این توان مازاد و تقسیم این توان میان بارهای غیر ضروری می باشد. نتایج شبیه سازی نشان دهنده انعطاف پذیری و سرعت عملکرد سیستم چند عاملی در کنترل و مدیریت ریز شبکه می باشد.

امروزه با توجه به افزایش روز افزون مصرف انرژی الکتریکی در سطح جهانی لازم است که میزان تولید این انرژی نیز افزایش یابد. از طرفی روش های متداول تولید انرژی الکتریکی به دلیل به همراه داشتن آلودگی های زیست محیطی راه حل مناسبی برای پاسخ گویی نیاز جوامع امروزی نمی باشند. از این رو استفاده از منابع تولید پراکنده در شبکه های توزیع در سال های اخیر رشد چشم گیری داشته است. به این ترتیب ساختار سیستم قدرت از حالت متمرکز با نیروگاه های بزرگ متصل به خطوط انتقال به حالت غیر متمرکز تغییر یافته است،که در این ساختار جدید واحد های کوچک تولید توان مستقیم به شبکه توزیع متصل می باشند. منابع بادی به دلیل حجم بالای توان تولیدی و اقتصادی بودن آن ها نسبت به سایر منابع تجدید پذیر، محبوبیت بیشتری را دارا می باشند. در این پایان نامه توان بادی به عنوان منبع تولید پراکنده تجدید پذیر در نظر گرفته شده است. به دلیل وابستگی توان تولیدی این واحد ها به شرایط آب و هوایی توان خروجی آنها دارای نوسان می باشدکه این نوسان توان اثرات سوئی بر کیقیت توان وارد می کند. استفاده از سیستم های ذخیره کننده انرژی در شبکه های توزیع اکتیو به عنوان راه حلی برای حل این مشکل پیشنهاد شده است. از طرفی لازمه بهره برداری بهینه از سیستم های ذخیره کننده انرژی یافتن مکان بهینه آن ها می باشد. لذا در این پایان نامه مکان بهینه ذخیره کننده های انرژی در شبکه توزیع شامل توربین های بادی مطرح می شود. به دلیل نوسانی بودن توان خروجی واحد های بادی لازم است که عدم قطعیت این واحد ها نیز در نظر گرفته شود از این رو برای مدل کردن عدم قطعیت باد از روش تخمین نقطه ای استفاده شده است. مسئله مکان یابی ذخیره کننده ها با هدف بهبود پروفیل ولتاژ با استفاده از الگوریتم ژنتیک حل می شود.

در سال های اخیر، بهره برداری بهینه ریزشبکه ها، به گونه ای که هم تقاضای مورد نیاز ریزشبکه تامین شود و هم هزینه های بهره برداری کمینه شود، مورد توجه بوده است. در این پایان نامه مدلی جهت بهره برداری بهینه از یک ریزشبکه متصل به شبکه دارای توربین بادی و خودروهای برقی دارای قابلیت خودرو-به- شبکه پیشنهاد شده است. با توجه به افزایش سطح نفوذ تولیدات پراکنده و خودروهای برقی در سیستم های قدرت، بدیهی است که روش های قطعی به منظور تحلیل دقیق و قابل اطمینان مناسب نبوده و مدل سازی عدم قطعیت ها ضرورت دارد. با توجه به این نکته، این پایان نامه مدلی مبتنی بر بهره برداری احتمالاتی پیشنهاد می دهد که عدم قطعیت توان تولیدی بادی و خودروهای برقی را لحاظ می نماید. در روش پیشنهادی عدم قطعیت توان تولیدی واحد بادی با استفاده از روش بهینه سازی مقاوم و عدم قطعیت رفتار تصادفی خودروهای الکتریکی توسط شبیه سازی مونت کارلو مدل می شود. شارژ و دشارژ هوشمندانه باتری خودروهای الکتریکی بهره برداری ریزشبکه را از نقطه نظر فنی و اقتصادی بهبود می بخشد. در استراتژی شارژ و دشارژ هوشمند، بالابردن تقاضا در ساعات کم باری، استفاده بهتر از منابع تولید پراکنده ریزشبکه و ایجاد ظرفیت های ذخیره سازی جهت افزایش استفاده از منابع تجدیدپذیر را نتیجه می دهد. در طی سال های آینده با ورود تکنولوژی های هوشمند به سیستم های قدرت، فرآیند شارژ و دشارژ باتری خودروهای الکتریکی می تواند توسط جمع کننده های (پارکینگ) خودروهای الکتریکی هوشمند گردد. در این تحقیق راهکاری به منظور شارژ و دشارژ هوشمندانه باتری خودروهای الکتریکی دو پارکینگ مسکونی و تجاری ارائه می شود تا هم به شکل مطلوبی نیازهای حمل ونقل مالکان خودروهای الکتریکی تامین شود و هم بهره برداری ریزشبکه بهبود یابد. به منظور دستیابی به این مقصود، مسئله بهره برداری احتمالاتی به صورت مسئله مدیریت انرژی دو سطحی با هدف مینیمم کردن هزینه های بهره برداری مدل شده است. مدل بهینه سازی پیشنهادی، در سطح زیرین توان شارژ و دشارژ پارکینگ های مسکونی و تجاری و در سطح اول توان منابع تولید پراکنده موجود در ریزشبکه و انرژی مبادله شده با شبکه اصلی را بهینه می کند، به گونه ای که هزینه های تامین بار ریزشبکه با رعایت قیود مسئله، مینیمم شود. به منظور نمایش موثر بودن روش مدیریت انرژی اقتصادی پیشنهادی، مطالعه ای بر روی یک ریزشبکه نمونه در سطح ولتاژ فشار ضعیف انجام شده است. در نهایت، نتایج شبیه سازی مدل پیشنهادی در حالت های مختلف بهره برداری مورد تحلیل قرار کرفته است.