با افزایش بکارگیری منابع تولید پراکنده در شبکه‏های توزیع ساختار شعاعی آن تغییر کرده و لذا جهت کنترل و بهره‏برداری این سیستم برای حفظ قابلیت اطمینان بارهای سیستم باید تمهیدات لازم فراهم آید تا در حالت عادی و خطاهای پیش آمده، از منابع تولید پراکنده نصب شده حداکثر استفاده شده و همچنین مسائل حفاظتی و بهره‏برداری اقتصادی شبکه و در نهایت تداوم انرژی الکتریکی مصرف‏کنندگان به نحو مطلوبی انجام شود. در این میان، جزیره‏ای شدن حالتی است که قسمتی از سیستم توزیع که از شبکه اصلی جدا شده است و شامل بارها و منابع تولید پراکنده می‏باشد بتواند انرژی‏دار باقی مانده و بارها تأمین گردند. در سالهای اخیر مفهوم ریزشبکه یا microgrid (شبکه‏های کوچک توزیع شامل منابع تولید پراکنده) بسیار مورد توجه قرار گرفته و تحقیقات در زمینه مسائل مربوط به آن انجام پذیرفته است. در این رساله به منظور تحقق بخشیدن به عملکرد بخشی از سیستم توزیع (فشار متوسط) که مجهز به منابع تولید پراکنده بوده و پس از وقوع رویدادی بصورت جزیره‏ای (ریزشبکه) در می‏آید، تمهیداتی از طریق کنترل کننده‏های منابع موجود تولید پراکنده فراهم شده تا بتوان از حداکثر قابلیت این منابع استفاده شود. منابع تولید پراکنده بررسی شده در این تحقیق شامل سه نوع منبع تولید پراکنده بصورت 1) منبع تولید پراکنده مبتنی بر توربین بادی، 2) منبع تولید پراکنده مبتنی بر ژنراتور سنکرون و 3) منبع تولید پراکنده مبتنی بر واسط مبدل الکترونیک قدرتی (مبدل منبع ولتاژ) می‏باشد. در این رساله برای ایجاد قابلیت عملکرد در حالت جزیره‏ای (ریزشبکه) در یک شبکه توزیع مجهز به منابع تولید پراکنده یک طرح حفاظتی پیشنهاد شده است تا در صورت وقوع انواع خطا در شبکه توزیع با تشخیص به موقع خطا، بخش خطا دیده از شبکه جدا شده و بخشی که به عنوان ریزشبکه باقی می‏ماند بتواند بصورت جزیره‏ای به کار خود ادامه دهد. به منظور بهره‏برداری از منابع تولید پراکنده برای هریک از این منابع و بر اساس پارامترهای اندازه‏گیری شده محلی، استراتژی کنترل و مدیریت توان در دو حالت متصل به شبکه و تشکیل ریزشبکه ارائه شده است. با ارائه این استراتژی کنترل و مدیریت توان، ریزشبکه باقیمانده، که ناشی از وقوع یک رویداد کلیدزنی ناخواسته و یا برنامه‏ریزی شده می‏باشد، قادر خواهد بود در حالت جزیره‏ای به کار خود ادامه داده و نیز حداکثر بار را در فرکانس و ولتاژ مناسب تغذیه کند. شبیه‏سازی ها و مطالعات موردی متنوعی بر روی یک سیستم توزیع فشار متوسط نمونه انجام گردیده و کارآیی الگوریتم پیشنهادی کنترل و بهره‏برداری مورد تحقیق و تأیید قرار گرفته است.

امروزه با افزایش تمایل به استفاده از انرژی های تجدیدپذیر، استفاده از توان بادی بسیار مورد توجه قرار گرفته و ضریب نفوذ توان بادی در مدار افزایش یافته است. از آنجا که میزان توان خروجی این واحدها با دقت بالا قابل پیش بینی نیست، افزایش ضریب نفوذ تولید توان بادی در سیستم قدرت اثر مهمی بر نحوه ی برنامه ریزی و توزیع توان دارا می باشد. در این پایان نامه، از یک مدل بهینه سازی تصادفی جهت برنامه ریزی بهره برداری از سیستم قدرت با حضور گسترده تولید توان بادی و لحاظ نمودن عدم قطعیت در پیش بینی باد و بار استفاده شده است. در این مدل، خطا در پیش بینی باد و بار در هر ساعت به صورت تابع توزیع نرمال در نظر گرفته شده و در بازه ی برنامه ریزی به صورت درخت سناریو مدل می شود. همچنین تمامی سناریوها به همراه احتمال آنها در تابع هدف لحاظ شده و برای آنها نیز برنامه ریزی اقتصادی انجام می شود. جهت مقایسه و بررسی کارایی معیار تصادفی، برنامه ریزی سیستم با استفاده از معیار امنیت قطعی و تصادفی بر روی شبکه سه شینه در بازه ی زمانی 4 ساعته انجام شده است. همچنین به منظور دستیابی به اهداف زیست محیطی، استفاده از انرژی های تجدیدپذیر به خصوص انرژی باد در سیستم قدرت بسیار مورد توجه قرار گرفته است. با وجود اینکه واحدهای بادی به خودی خود تولیدکننده ی گازهای آلاینده ی هوا نمی باشند، ممکن است سبب تغییراتی در برنامه ریزی تولید واحدهای حرارتی شوند که این تغییرات موجب تولید میزان گازهای آلاینده بیشتری توسط واحدهای حرارتی شود. بنابراین در نظر گرفتن میزان انتشار آلاینده های واحدهای حرارتی در برنامه ریزی مشارکت واحدها با حضور نیروگاه های بادی ضروری به نظر می رسد. در این پایان نامه دو روش به منظور در نظر گرفتن میزان انتشار آلاینده ها در برنامه ریزی سیستم قدرت پیشنهاد شده است. مدل ارائه شده بر روی شبکه ی30 شینه ی ieee در بازه ی زمانی 6 ساعته آزمایش شده است. نتایج نشان می دهد برنامه ریزی بهره-برداری با استفاده از معیار امنیت تصادفی هزینه ی بهره برداری پایین تری را نسبت به معیار امنیت قطعی خواهد داشت. کلید واژه - تولید توان بادی، انتشار آلاینده های هوا، برنامه ریزی مشارکت واحدها، برنامه ریزی تصادفی، بهینه سازی چند منظوره.

ژنراتورهای القایی با توجه به مزیتهای اقتصادی و فنی، کاربرد گستردهای در تولید انرژی الکتریکی بخصوص در نیرو گاههای بادی دارند. در سالهای اخیر، ژنراتورهای القایی دوسوتغذیه (dfig)، به دلیل انعطاف پذیری در کنترل وکاهش هزینه های مربوط به ادوات الکترونیک قدرت، مورد توجه بیشتری قرار گرفته و کاربرد آنها به سرعت در حال افزایش است. هدف این پایان نامه، ارائه روشی است که بتواند، در هنگام بروز خطا، با هدف نگه داشتن ژنراتور در مدار و عدم آسیب رسیدن به آن، عملکرد مطلوبی در کنترل ولتاژ و کنترل جریان های خطا را دارا باشد. به این ترتیب، این روش قادر خواهد بود در تغییرات پارامترهای خروجی سیستم، نظیر تغییرات بار، ولتاژ و یا بروز اتصال کوتاه، عملکرد مطلوبی را از خود نشان دهد. جهت بررسی عملکرد این روش، شبیه سازیها در محیط simulink نرم افزار matlab انجام شده است. در قسمت های الکتریکی مانند ژنراتور، خازن و ... از عناصر استاندارد این نرم افزار استفاده شده و بیشتر قسمت های کنتر لی با ترکیب بلوک های موجود و یا ایجاد بلوکهای جدید انجام شده است. به این ترتیب روش ارائه شده در این پایان نامه، مزایای حفاظت ژنراتور در حین خطا، کنترل ولتاژو جریان های خطا را خواهد داشت.

بازیابی ریزشبکه (بازگرداندن منابع تولیدپراکنده برای تامین بارهای موجود در ریزشبکه) در زمانی که ریزشبکه از شبکه اصلی قطع می‏باشد، باعث افزایش قابلیت اطمینان ریزشبکه می‏شود.‏ اگر در زمانی که به علت وقوع خطا در شبکه اصلی، ریزشبکه از شبکه اصلی جدا شده (برای حفاظت شبکه)، بتوان ریزشبکه را به ‏صورت جزیره‏ای و مستقل از شبکه اصلی بهره‏برداری کرد، می‏توان زمان قطعی برق را کاهش داد.‏ هدف اصلی در این پایان‏نامه، راه‏اندازی و بهره‏برداری از ریزشبکه، در پی وقوع خطا در شبکه اصلی می‏باشد.‏ بدین منظور الگوریتمی جهت بازیابی ریزشبکه ارائه می‏شود که بتواند در حین بازیابی، محدودیت‏های مربوط تولید توان توسط منابع تولیدپراکنده و تغییرات ولتاژ و فرکانس در ریزشبکه را (مطابق با استانداردهای 1547 ieee ) رعایت نماید. برای تحقق این هدف در این پایان نامه یک روش پیشنهادی مبتنی بر کنترل مدل درونی برای کنترل جریان، در منبع تولیدپراکنده مبتنی بر واسط الکترونیک قدرتی ارائه گردیده است. هدف دیگر در این پایان‏نامه کاهش زمان بازیابی ریزشبکه ‏می‏باشد و برای این کاهش زمان، الگوریتم پیشنهادی جهت کلیدزنی خودکار بار (که بر اساس حفظ شرایط استاندارد پارامترهای ریزشبکه کار می‏کند) ارائه شده است، همچنین از بستر مخابراتی برای کنترل توان در منابع تولیدپراکنده استفاده می‏شود (و با حالت کنترل بدون حضور بستر مخابراتی مقایسه می‏شود). الگوریتم‏های پیشنهادی توسط مطالعات عددی و شبیه‏سازی‏ توسط نرم افزار emtp-rv، مورد تأیید قرار گرفته است.‏ در این پایان‏نامه از اطلاعات سیستم توزیع ایران در سطح فشار متوسط، برای سیستم ریزشبکه مورد مطالعه، استفاده شده است.‏

در سیستم های سنتی به دلیل عدم وجود مخابرات، تقسیم توان بین نیروگاه ها بر اساس ظرفیت هر نیروگاه و بر اساس مشخصه ی افتی آن ها انجام می شود و پخش توان به طریق اقتصادی اعمال نمی گردد، در نتیجه این روش تقسیم توان باعث افزایش مصرف سوخت می شود. برای حل این مشکل یک ریزشبکه هوشمند تعریف می کنیم، که دارای بستر های مخابراتی است و شامل چهار واحد منبع انرژی پراکنده یا همان خودرو الکتریکی هیبرید برقی ، واحد تغذیه کمکی و بار است. این خودروهای الکتریکی از طریق اینورتر منبع ولتاژ به نقطه ی اتصال مشترک متصل می شوند. نقاط تنظیم توان از مدیریت مرکزی توان به قسمت کنترلی اینورترها ارسال می گردند و کلیدزنی بر این اساس انجام می شود. مدیریت مرکزی توان این نقاط را بر اساس پخش بار اقتصادی تنظیم می کند و با استفاده از سیستم مخابره ی دوطرفه به اینورتر مربوط به هر خودرو الکتریکی می فرستد. مدیریت مرکزی توان تمام داده های مربوط به توان بارها و خودروها را دارد و بر اساس این اطلاعات نقاط تنظیم را تعیین می کند و به خودروهای الکتریکی فرامین مربوط به تولید توان را می دهد و مشخص می کند هر واحد چه مقدار توان باید تولید کند. بدین ترتیب هر واحد خودرو الکتریکی قسمتی از بار را به گونه ای تامین می کند که هزینه سوخت در مقایسه با روش سنتی کاهش می یابد. سپس با یک تغییر بار که موجب افت ولتاژ می گردد، استراتژی کنترلی پیشنهادی بررسی می شود. بدین ترتیب در حالت تغییر ناگهانی بار محلی خودرو الکتریکی می تواند با تامین بار، کمبود ولتاژ را هم بهبود نماید. از طرفی با استفاده از این روش کنترلی خودرو توانایی جذب توان راکتیو را نیز دارد. در این استراتژی کنترلی که استراتژی کنترلی هیبرید نام دارد، توان اکتیو با استفاده از نقاط تنظیم ایجاد شده توسط مدیریت مرکزی توان، تزریق می شود و توان راکتیو طبق مشخصه افتی ولتاژ کنترل می گردد.

در این پایان نامه، اثر کلیدزنی تک قطبی در یکی از خطوط انتقال 400 کیلوولت ایران (شهیدسلیمی نکا-جلال تهران) براساس اطلاعات دقیق خط انتقال به هنگام وقوع خطای تک فاز، به عنوان یکی از روش هایبهبود پایداری گذرای سیستم در مقابل کلیدزنی سه فاز، بررسی شده است. به منظور مطالعات فوق، ابتدادر نرم افزار models و با استفاده از ماژول johns شبیه سازی قوس اولیه و ثانویه بر اساس مدل ریاضیتهیه و جزئیات شبیه سازی و رفتار قوس در شبکه مذکور، مورد بررسی قرار گرفته است. atp/emtpوقوع پدیده اضافه ولتاژ بر اثر کلیدزنی و بررسی پایداری شبکه با استفاده از تابع انرژی گذرا و بررسی پدیده خستگی محور ژنراتورهای موجود در سیستم، از موارد مطالعه اثر بازبست تک فاز در مقابل بازبست سه فاز در این پایان نامه می باشد. با توجه به آنکه با افزایش سطح ولتاژ، حتی با وجود کلیدهای مجهز به بازبست سریع، زمان خاموشی قوس و بار گرمایی (ناشی از جریان توالی منفی) برروی محور ژنراتورهای موجود در سیستم از مشکلات بالقوه به هنگام کلیدزنی تک قطبی در سیستم می باشد، اثر موارد مذکور مطالعه و از راکتور نوترال به عنوان یکی از روش های پیشنهادی، به منظور کاهش زمان خاموشی قوس و بهبود پایداری سیستم استفاده شده است. همچنین، مقدار بهینه راکتور نوترال با توجه به روابط تحلیلی موجود برای شبکه مورد مطالعه، محاسبه شده است. در نهایت، زمان بهینه برای بازبست تک فاز برای خط انتقال مورد مطالعه و با توجه به وقوع خطا در نقاط مختلف خط محاسبه و ارائه شده است.

ضربه صاعقه و کلیدزنی و همچنین اضافه ولتاژهای موقت در خطوط توزیع و پست ها، دلایل اصلی برای بروز خطا در خطوط انتقال هوایی هستند. برقگیر اکسید روی یکی از مهمترین وسایل حفاظتی در سیستم های قدرت می باشد که به طور مکرر در خطوط انتقال و تأسیسات توزیع برای حفاظت از تجهیزات، مورد استفاده قرار می گیرد. برقگیرهای اکسید روی در طول عملکرد خود، بعلت گذراندن جریان های صاعقه، ورود رطوبت، وجود آلودگی بر سطح خارجی و وقوع اضافه ولتاژ ها، تخریب می شوند. بنابراین بررسی وضعیت برقگیر مهم و برای ضمانت قابلیت اطمینان سیستم ضروری می باشد. امروزه روش های زیادی برای تعیین وضعیت برقگیر، مورد استفاده قرار می گیرند که اکثریت روش های تشخیصی، بر اساس اندازه گیری جریان نشتی است. در این پایان نامه مشخصه های جریان نشتی برقگیر های چینی و پلیمری اکسید روی در حوزه زمان و فرکانس اندازه گیری و با استفاده از تبدیل فوریه، تخمین طیف توان و مولفه مقاومتی جریان نشتی، مورد تحلیل قرار می گیرند. اندازه گیری با اعمال ولتاژ های مختلف و در محدوده های مختلف رطوبتی انجام می گیرد. این کار، با هدف استفاده از روش طیف توان برای تخمین جریان نشتی بر سطوح برقگیر های چینی و پلیمری تلاش می کند و نهایتأ رویکردی جدید برای ارزیابی برقگیر ها در شرایط مرطوب می یابد. برای فهم بهتر رفتار برقگیر در شرایط رطوبتی، مدار معادل کامل برقگیر در نرم افزار atp-emtp، برای شبیه سازی جریان نشتی، پیاده سازی می شود، که این مدار از نرم افزار مبتنی بر روش اجزاء محدود و تست های آزمایشگاهی نتیجه می شود.

یکی از مسائل مورد توجه در سیستم‏های قدرت تلفات الکتریکی می‏باشد. تلفات در شبکه‏های توزیع علاوه بر هدر رفتن انرژی الکتریکی، سبب اشغال ظرفیت خطوط و ترانس‏ها می‏گردد. اضافه شدن تلفات در زمان پیک بار، نیاز به افزایش توان تولیدی را در پی خواهد داشت و سبب تحمیل سرمایه‏گذاری مضاعف در ساخت نیروگاه می‏شود. در این میان به کارگیری جبران‏کننده‏های توان راکتیو ضمن جبران توان راکتیو از متداول‏ترین راه‏های کاهش تلفات و صرفه جویی اقتصادی می‏باشد. به‏علاوه با این روش می‏توان ولتاژ نقاط مختلف سیستم را در محدوده‏ی مجاز نگه داشت. به‏کارگیری منابع تولید پراکنده در شبکه نیز می‏تواند ضمن کاهش تلفات بر بهبود پروفیل ولتاژ موثر باشد. علاوه بر این با افزایش تمایل به‏کارگیری از منابع تولید پراکنده در سال‏های اخیر، معماری جدیدی به نام ریزشبکه در شبکه‏های توزیع شکل گرفته است که قابلیت عملکرد جزیره‏ای را برای سیستم قدرت فراهم می‏آورد. لذا بررسی اثر حضور همزمان جبران‏کننده‏های توان راکتیو و منابع تولید پراکنده در شبکه امری ضروری است. یکی دیگر از مسائل مورد توجه در این پایان‏نامه حاشیه امنیت سیستم قدرت می‏باشد. افزایش قابلیت بارگذاری در شین‏های شبکه با استفاده از جبران‏کننده‏های توان راکتیو منجر به افزایش حاشیه امنیت سیستم قدرت خواهد شد. خازن و svc (جبران‏کننده استاتیکی توان راکتیو) از جمله‏ی جبران‏کننده‏های توان راکتیو می‏باشند که مکان‏یابی و تعیین ظرفیت آنها مورد توجه قرار گرفته است. مسئله مکان‏یابی و تعیین ظرفیت جبران‏کننده‏های توان راکتیو با توجه به دو مد عملکرد جزیره‏ای و متصل به شبکه برای ریزشبکه و به ازای سطوح بار مختلف مدل‏سازی گردیده و با استفاده از ا‏لگوریتم ژنتیک بهینه‏سازی شده است. نتایج روش مذکور توسط سناریوها و موارد مطالعاتی متعددی ارائه گردیده است که می‏تواند برای طراح و بهره‏بردار سیستم توزیع مورد استفاده و مبنای تصمیم‏گیری قرار گیرد.

امروزه با پیشرفت تکنولوژی در حوزه الکترونیک قدرت و ساخت انواع مبدل ها، استفاده از توربین-های بادی سرعت متغیر با ژنراتور القایی دو سو تغذیه (dfig) مورد توجه قرار گرفته است. مزارع بادی بزرگ معمولاً در مناطق دوردست با الگوی باد مناسب قرار دارند و از طریق خطوط بلند به شبکه سراسری متصل می شوند. میزان ظرفیت بارپذیری خطوط انتقال با افزایش طول آن ها کاهش می یابد. جبران سازی خط انتقال توسط خازن سری به عنوان یکی از روش های موثر به منظور افزایش ظرفیت خطوط انتقال شناخته می شود. تشدید زیر سنکرون پدیده ای است که در سیستم های جبران شده سری اتفاق می افتد که می تواند باعث ناپایداری سیستم و آسیب رساندن به توربین ژنراتور شود. در سال های اخیر تلاش هایی به منظور ارائه روشی مناسب جهت کاهش پدیده تشدید زیر سنکرون انجام شده که بیشتر آن ها مبتنی بر استفاده از ادوات facts می باشد. در این پایان نامه، احتمال وقوع تشدید زیر سنکرون در مزارع بادی متصل به شبکه جبران شده بررسی و یک روش کنترلی به منظور افزایش میرایی نوسانات زیر سنکرون ارائه می شود که بر روی کنترل کننده مبدل سمت شبکه اعمال خواهد شد. از سیگنال های مختلفی به عنوان ورودی حلقه کنترلی استفاده شده و خروجی آن نیز به نقاط متفاوت اعمال می گردد. همچنین در این پایان نامه از یک روش پیشنهادی مبتنی بر روش کنترل مدل درونی جهت طراحی کنترل کننده های مبدل سمت رتور و شبکه استفاده می گردد. روش پیشنهادی توسط مطالعات عددی و شبیه سازی توسط نرم افزار emtp-rv مورد تأیید قرار گرفته است.

در این پایان نامه به معرفی انواع کابلهای فشارقوی و مشخصات ساختاری آنها پرداخته شده است. در شبکه های کابلی، خطای رایج، اتصال کوتاه تکفاز هادی به غلاف می باشد. با پیاده سازی طرح حفاظتی دیستانس، تغییرات امپدانس دیده شده بر حسب فاصله از محل خطا در حالات مختلف زمین کردن،استخراج شده و مورد اعتبار سنجی قرار گرفته است. در نهایت با توجه به مشکلات پیش رو در طرح حفاظتی دیستانس از جمله غیر خطی بودن امپدانس دیده شده و ...، حفاظت دیفرانسیل به عنوان بهترین و پرکاربردترین روش حفاظتی برای سیستمهای کابلی پیشنهاد می گردد.

طراحی و توسعه سیستم های توزیع انرژی الکتریکی از آن جهت ضروری به نظر می رسد که رشد مصرف انرژی بایستی همواره توسط سیستم بصورت فنی و اقتصادی تامین گردد. مساله برنامه ریزی بلند مدت طرح توسعه شبکه توزیع از ابعاد مختلف دارای پیچیدگی های فراوانی بوده چرا که این مساله دارای تعداد بسیار زیادی متغیر تصمیم گیری است. جایابی بهینه پستهای فوق توزیع و تعیین ظرفیت و حوزه سرویس دهی بهینه آنها یکی از مسائل عمده در طراحی توسعه می باشد. در این تحقیق یک روش پیشنهادی مساله یافتن تعداد، مکان، تعیین ظرفیت و حوزه سرویس دهی بهینه پستهای فوق توزیع ازمیان مکانهای کاندید برای احداث پست، ارائه گردیده است. با در نظر گرفتن نادقیق بودن پیش بینی بار نواحی، روش پیشنهادی براساس الگوریتم ژنتیک و مدل فازی برای میزان توان نواحی برقی مدلسازی شده و همراه با سه روش استاتیکی، پی در پی و شبه پویا طرح توسعه پستهای فوق توزیع برای دوره های مختلف زمانی پیشنهاد می گردد. با انجام آزمایشات گوناگون بر روی یک مثال پایه ای، کارایی روش ارائه شده نشان داده شده است.