در این رساله، برنامه های پاسخگویی بار (demand response) که در اکثر بازارهای برق جهان اجرا می شوند، به سبک جدیدی کلاسه بندی شده اند. این برنامه های نه گانه به دو گروه عمده تشویق محور و زمان محور و همچنین برنامه های تشویق محور به سه زیر گروه تشویق محور داوطلبانه (فاقد جریمه)، تشویق محور اجباری (مبتنی برجریمه) و تشویق محور مبتنی بر تسویه بازار تقسیم شده اند. سپس مدل های اقتصادی این برنامه ها که برای بارهای پاسخگو به قیمت طراحی شده اند، برپایه "الاستیسیته قیمتی تقاضا" و "تابع سودمندی مشتری" استخراج گردیده اند. در این رساله، مدل های تک دوره ای، چند دوره ای و مدل ترکیبی پاسخگویی بار به صورت خطی و غیر خطی استخراج شده است که تاثیر اجرای هرگونه برنامه پاسخگویی بار اعم از برنامه های پاسخگویی بار زمان محور و برنامه های پاسخگویی بار تشویقی محور را مدل می کند. در این مدل از مفهوم الاستیسیته خودی و الاستیسیته متقابل برای مدل کردن رفتار مشتریان استفاده شده است. از آنجا که تاثیر برنامه های پاسخگویی بار بر معیارهای سیستم از قبیل میزان کاهش اوج تقاضا، میزان کاهش انرژی مصرفی، ضریب بار، فاصله بین اوج و دره، میزان افزایش نقطه دره و مبلغ قبض برق مشتری متفاوت است و همچنین وزن هرکدام از معیارها از نقطه نظر مشتری، شرکت های فروشنده انرژی الکتریکی، اپراتور مستقل سیستم و قانونگذار یکسان نیست، به منظور بهینه سازی نسبی همه اهداف، اولویت بندی اجرای برنامه های فوق الذکر با استفاده از روش های تصمیم گیری چند شاخصه(madm) طبق یک الگوریتم ابداعی انجام شده است. همچنین در این رساله، کاربردهای مختلف مدل پیشنهادی مزبور در زمینه های متفاوت و گسترده سیستم های قدرت و بازارهای برق از قبیل تاثیر برنامه ها بر منحنی مصرف برق، ارزیابی اجرای برنامه-های قیمت گذاری زمان استفاده، تعیین ظرفیت ذخیره چرخان در بازار و جایابی بهینه آن، تاثیر برنامه-ها بر روی جهش های قیمت برق، مدیریت تراکم و افزایش ظرفیت انتقال در دسترس، مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. توسعه مدلهای غیرخطی برنامه های پاسخگویی بار مانند مدل های توانی، نمایی، لگاریتمی و مقایسه تاثیر آن ها بر مشخصات منحنی بار با مدل خطی نیز از جمله مواردی است که در این رساله به آن پرداخته شده است.

در این پایان نامه به منظور تامین ذخیره چرخان شبکه، علاوه بر واحدهای تولیدی از نهاد گردهم آورنده خودروهای برقی نیز استفاده شده است. بنابراین ابتدا مساله خودبرنامه ریزی نهاد گردهم آورنده به منظور شرکت در بازار ذخیره چرخان با در نظر گرفتن ریسک ناشی از خطای پیش بینی پارامترهای غیر قطعی مساله و با هدف ماکزیمم سازی سود حل شده و نهاد گردهم آورنده در رقابت با واحدهای تولیدی، پیشنهادات خود را به بهره بردار مستقل شبکه ارائه می دهد. در این پایان نامه به منظور بررسی تاثیر اجرای برنامه پاسخگویی بار، خودبرنامه ریزی نهاد گردهم آورنده به منظور شرکت در بازار ذخیره چرخان در دو حالت، با حضور و عدم حضور برنامه پاسخگویی بار حل شده است. به عبارت دیگر نهاد گردهم آورنده در هر ساعت تصمیم می گیرد چه مقداری در بازار ذخیره چرخان و یا در برنامه پاسخگویی بار شرکت کند. همچنین به منظور مدلسازی ریسک ناشی از خطای پیش بینی پارامترهای غیر قطعی مساله خودبرنامه ریزی نهاد گردهم آورنده، از روش سناریو بندی استفاده شده است. سپس بهره بردار مستقل شبکه با دریافت پیشنهادات واحدهای تولیدی و نهاد گردهم آورنده، بازار ذخیره چرخان را با و بدون اجرای برنامه پاسخگویی بار، به روش سود-هزینه تسویه می نماید. به عبارت دیگر بهره بردار مستقل شبکه برای تامین ذخیره چرخان شبکه، مصالحه ای را بین هزینه های خرید ذخیره چرخان و هزینه های ریسک شبکه برقرار کرده و در هر ساعت مقدار بهینه ای را برای ذخیره چرخان شبکه در نظر می گیرد. در این حالت مقدار انتظاری بار تامین نشده مصرف کنندگان به عنوان ریسک شبکه تعریف شده است. مشارکت یا عدم مشارکت نهاد گردهم آورنده در بازار ذخیره چرخان در ساعات مختلف یک شبانه روز، مساله خود برنامه ریزی نهاد گردهم آورنده را به یک مساله برنامه ریزی آمیخته با اعداد صحیح تبدیل می کند. از طرف دیگر رفتار غیرخطی صاحبان خودروهای برقی برای زمان های اتصال و انفصال از شبکه و همچنین ماهیت غیرخطی مقدار شارژ باتری خودروها هنگام اتصال به شبکه، مساله خود برنامه ریزی نهاد گردهم آورنده را تبدیل به یک مساله غیرخطی می کند. همچنین مساله تامین ذخیره چرخان شبکه به روش سود-هزینه، یک مساله غیرخطی می باشد. بنابراین برای حل این مساله ها باید از الگوریتم های جستجوگر هوشمند استفاده شود. در این پایان نامه از الگوریتم جستجوگر سرد شدن تدریجی فلزات استفاده شده است.

حضور روز افزون منابع تولید پراکنده در سیستم قدرت، اهمیت پرداختن به مباحث مرتبط با آن ها را افزایش می دهد. بهره برداری از این منابع در کنار منابع نیروگاهی بزرگ، بر شاخص های گوناگون شبکه ی قدرت تأثیرگذار خواهد بود. به منظور بهبود شاخص های گوناگون و افزایش بهره وری حضور منابع تولید پراکنده، این منابع می بایست به صورت بهینه در شبکه ی قدرت تخصیص داده شوند. از سوی دیگر، در محیط تجدید ساختار یافته و با پیشرفت فنآوری های ارتباطی امکان اجرای گسترده ی برنامه های پاسخ گویی بار از سوی مصرف کنندگان امکان پذیر می گردد. از این رو تأثیر برنامه های پاسخ گویی بار بر ارزیابی های مختلف شبکه ی قدرت باید مورد توجه قرار گیرد. در این پایان نامه، تأثیر برنامه های پاسخ گویی بار بر جایابی منابع تولید پراکنده در شبکه ی قدرت مورد بررسی قرار گرفته است. جایابی منابع تولید پراکنده با هدف بهبود قابلیت اطمینان سیستم قدرت انجام می شود و تأثیر روش پیشنهادی بر چگونگی بهره برداری از شبکه ی قدرت بررسی می شود. بهره برداری از شبکه ی قدرت در قالب یک مسأله ی برنامه ریزی مشارکت واحدها پیاده سازی می گردد که حضور منابع تولید پراکنده و اجرای گسترده ی برنامه های پاسخ گویی بار در آن در نظر گرفته می شود. کارایی روش مذکور از طریق ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم ترکیبی تولید و انتقال مورد مطالعه قرار می گیرد. با توجه به پیچیدگی مسأله ی برنامه ریزی مشارکت واحدها در حضور منابع تولید پراکنده و برنامه های پاسخ گویی بار، در این پایان نامه از روش های ابتکاری و مبتنی بر جستجوی هوشمند به طور گسترده استفاده می شود. به منظور سنجش کارایی روش پیشنهادی برای جایابی بهینه ی منابع تولید پراکنده و نیز بررسی تأثیر آن بر چگونگی شاخص های بهره برداری از سیستم قدرت، شبکه ی ieee rts-79 به منظور پیاده سازی و ارزیابی نتایج انتخاب شده است.