بعد از مقررات زدایی در صنعت برق انواع سرویس جانبی به همراه بازار انرژی پدیدار گردید که هریک از این سرویس های جانبی از طریق بازارهای مجزا تأمین می شوند. در میان این سرویس ها، سرویس توان راکتیو از جمله سرویس های مهم جانبی است، که تأمین آن برای حفظ امنیت و پایداری سیستم قدرت ضروری است. در اغلب این بازارها، عمده توان راکتیو مورد نیاز سیستم توسط ژنراتورهای سنکرون تأمین می گردد. از طرفی حداکثر میزان توان اکتیو و راکتیو تولیدی ژنراتورها از طریق منحنی قابلیت ژنراتور به یکدیگر وابسته هستند. بنابراین اگر توان اکتیو و سرویس جانبی توان راکتیو از طریق دو بازار مجزا، با هدف حداقل کردن هزینه تأمین گردند ممکن است بر یکدیگر تاثیراتی ناشی از محدودیت های حرارتی سیم پیچ میدان و آرمیچر ژنراتور، داشته باشند عرضه توان راکتیو بیشتر بنا به نیاز سیستم، ممکن است توان اکتیو برنامه ریزی شده در بازار انرژی را تغییر دهد که این توزیع بار(گسیل) مجدد بازار توان اکتیو باعث تأمین عدم تعادلی با قیمت های بالاتر می گردد. ضمن اینکه در بازارهای مجزا پس از تسویه بازار انرژی، پیشنهاد برای تأمین توان راکتیو از بازیگران دریافت می شود. بازیگران بعلت اطلاع از نتایج بازار انرژی ممکن است پیشنهاد قیمت بالاتری برای عرضه توان راکتیو ارائه کنند در نتیجه بازار، از بهینه واقعی دور می شود. در این پایان نامه مدلی برای تسویه همزمان بازار توان اکتیو و راکتیو با در نظرگرفتن حاشیه پایداری ولتاژ ارائه شده است. ساختار تسویه بازار توان اکتیو در مدل پیشنهادی بصورت پرداخت براساس پیشنهاد فرض شده، درحالی که ساختار تسویه بازار توان راکتیو، یکنواخت و بصورت محلی بوده که با استفاده از مفهوم فاصله الکتریکی، ناحیه بندی انجام شده است. بازار از لحاظ مقیاس زمانی یک روز قبل بوده و کلیه قیود مربوط به در مدار قرار گرفتن واحدها در مدل پیشنهادی لحاظ گردیده است. همچنین در این مدل هزینه فرصت از دست رفته واحدها، بعلت کاهش توان اکتیو در اثر افزایش عرضه توان راکتیو، با یک مکانیزم منطقی جبران شده است. در نهایت مدل توزیع بار(گسیل) پیشنهادی بر روی شبکه 24 شینه rts پیاده سازی گردیده و بهینه سازی مدل پیشنهادی با استفاده از نرم افزار gams انجام گرفته است. از جمله نتایجی که از انجام این پروژه حاصل گردید عبارتنداز: o ناحیه بندی و ایجاد بازارهای محلی برای توان راکتیو باعث کاهش هزینه تأمین توان راکتیو می گردد. o ایجاد سازوکاری برای جبران هزینه فرصت از دست رفته واحدها بعلت تأمین توان راکتیو باعث اجرای منصفانه بازار همزمان توان اکتیو و راکتیو می گردد. o اجرای بازار همزمان توان اکتیو و راکتیو نسبت به حالت مجزا به بهینه واقعی نزدیک تر است.

برای بررسی اینکه خودروهای هیبریدی صرف نظر از مزیت های دیگرشان (بازده بالا، آلایندگی کم، مسافت قابل پیمایش بالا در مقایسه با خودروهای برقی متداول، ایمنی مطلوب و ...) چه تأثیراتی می توانند برروی عملکرد سیستم قدرت داشته باشند، می توان برنامه scuc را روی سیستم قدرت شامل v2g اجرا کرده و نتایج را با حالت بدون حضور v2g مقایسه کرد. از این طریق می توان تأثیر v2g را روی پارامترهای مختلف سیستم بررسی کرد. در این پروژه، ابتدا ویژگی های ساختاری خودروهای هیبریدی از جمله مزایا و معایب این خودروها، خصوصیات باتری این خودروها، نحوه اتصال این خودروها به سیستم قدرت و همچنین کاربرد هایی که این خودروها می توانند برای سیستم قدرت داشته باشند، بررسی شد، سپس به بحث پیرامون مدلسازی خودروهای هیبریدی به صورت مجموعه ای از خودروها به صورت نیروگاههای کوچک پرداخته شده است. در مرحله بعد تأثیر این خودروها روی پارامترهای مختلف سیستم که عبارتند از: رفاه اجتماعی، هزینه تولید، درآمد حاصل از فروش انرژی به بارهای شبکه، میزان بار تأمین نشده و ضریب بهره وری از خطوط شبکه در دو حالت با و بدون محدودیت خطوط بررسی شد. نتیجه بر آن شد که v2g رفاه اجتماعی رابالا برده و میزان بار تأمین نشده را نیز کاهش داده است و در کل شبکه را فعال تر کرده و حتی منحنی بار روزانه را نیز هموارتر کرده است.

با افزایش بکارگیری منابع تولید پراکنده در شبکه های توزیع ساختار شعاعی آن تغییر کرده و لذا جهت کنترل و بهره برداری 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 انجام گیرد و همچنین مسائل حفاظتی و بهره برداری اقتصادی شبکه و در نهایت تداوم انرژی الکتریکی مصرف کنندگان به نحو مطلوبی انجام شود. در این راستا، در این پایان نامه عملکرد بخشی از سیستم توزیع (فشار متوسط) مجهز به منابع تولید پراکنده که در حالت پارالل با شبکه در حال بهره برداری می باشد و پس از وقوع رویدادی بصورت جزیره ای (ریز شبکه) در می آید، مورد بررسی قرار گرفته است و جهت تحقق بخشیدن به عملکرد صحیح سیستم در چنین حالتی، تمهیداتی از طریق کنترل کننده های منابع موجود تولید پراکنده فراهم شده تا بتوان از حداکثر قابلیت این منابع استفاده نمود.

امروزه با توجه به ویژگی های منحصر به فرد سیستم های تولید همزمان برق، حرارت و سرما در مقیاس خیلی کوچک (mcchp) نظیر راندمان بالا، کاهش آلودگی های زیست محیطی و تاثیرگذاری عمده در کاهش تلفات سیستم های انتقال، این سیستم ها به سرعت در واحدهای مسکونی در حال افزایش می باشند. اکثر مطالعات انجام شده در زمینه طراحی سیستم های تولید همزمان از نقطه نظر اقتصادی بدون در نظر گرفتن انرژی مصرفی و مسائل زیست محیطی مورد بررسی قرار گرفته است. سیستم cchpمی تواند بر اساس معیارهای مختلف از جمله: اقتصادی، مقدار انرژی ذخیره شده و انتشار آلاینده های زیست محیطی طراحی و بهره برداری شود. با توجه به اینکه طراحی و بهره برداری بهینه سیستم با استفاده از یک معیار ممکن است از نقطه نظر معیارهای دیگر بهینه نباشد بدین منظور در این پایان نامه طراحی و بهره برداری بهینه از سیستم cchp با در نظر گرفتن هر سه معیار انجام شده و برای اینکار شاخص فاکتور ظرفیت(pfi) تعریف شده است. سیستم cchp می تواند به صورت تامین انرژی با اولویت تامین برق(fel)، تامین انرژی با اولویت تامین حرارت(ftl)، تامین انرژی با اولویت تامین برق حرارت به صورت هیبرید (hetc) و یا در استراتژی کارکرد پیوسته(fetc) مورد بهره برداری قرار گیرد. هدف اصلی از انجام این پروژه ارائه مدل ریاضی برای بهره برداری بهینه از سیستم تولید همزمان از نقطه نظر هر سه معیار می باشد. اما با توجه به اینکه محرک های اولیه مورد استفاده در mcchp، موتور گازسوز، میکروتوربین، پیل سوختی و موتور استرلینگ می باشد و سیستم cchp اجزای دیگری (بویلر کمکی، چیلر جذبی و مخزن ذخیره ساز حرارتی) نیز دارد لذا ابتدا پیکر بندی سیستم cchp پیشنهاد می گردد و هر کدام از پیکر بندی ها به صورت یک سناریو در نظر گرفته می شود. در این مطالعه برای یک آپارتمان واقع در تهران با به دست آوردن بار حرارتی، سرمایی و الکتریکی و با ارزیابی اقتصادی، قیمت تمام شده برق تولیدی (coe) برای سناریوهای مختلف در استراتژی-های مختلف تعیین شده است. coe با هدف ماکزیمم کردن خالص یکنواخت سالانه بدست آمده است. با آنالیز انرژی، نسبت انرژی اولیه و انرژی اولیه صرفه جویی شده سناریوهای مختلف در استراتژی های مختلف بدست آمده است و همچین سناریو برتر با در نظر گرفتن معیار کاهش مقدار دی اکسید کربن منتشر شده بدست آمده است و در نهایت با در نظر گرفتن هر سه معیار (با استفاده از شاخص pfi) پیکر بندی بهینه، و استراتژی برتر انتخاب شده است. مسئله بهینه سازی با استفاده از روش حل غیر خطی آمیخته با عدد صحیح و به کمک نرم افزار gams حل شده است. نتایج نشان می دهد: اگر معیار بهینه سازی کاهش coe باشد سناریو برتر استفاده از موتور گازسوز و بهره برداری آن در استراتژی fetc می باشد. اگر معیار بهینه سازی کاهش انرژی مصرفی سایت باشد سناریو برتر استفاده از پیل سوختی و بهره برداری آن در استراتژی ftl می باشد. و اگر معیار بهینه سازی کاهش دی اکسید کربن منتشر شده باشد سناریو برتر استفاده از موتور استرلینگ و استراتژی کاری آن ftl می باشد. و اگر معیار بهینه سازی pfi باشد استفاده از موتور گاز و بهره-برداری آن در استراتژی ftl سناریور برتر خواهد بود.

در این پایان‏نامه، هدف اصلی ارائه مدلی برای بهره‏برداری بهینه در فضاهای چندحاملی با استفاده از هاب‏های انرژی می‏باشد. اما از آنجا که برای ارائه این مدل بایستی ساختار هاب مورد نظر نیز به صورت بهینه تعیین شده باشد لذا مدل ارائه شده به طور کلی به بهینه‏سازی ساختار و بهره‏برداری هاب انرژی می‏پردازد. علاوه بر این در روش ارائه شده تاثیر و تاثرات قابلیت اطمینان تامین بارهای خروجی بر نحوه بهره‏برداری و تعیین ساختار هاب انرژی نیز در نظر گرفته شده است. در این روش، قیود کفایت و امنیت قابلیت اطمینان مورد بررسی قرار گرفته و همگی در فرآیند بهینه‏سازی ساختاری و بهره‏برداری هاب انرژی وارد می‏شوند. به این ترتیب مدلی کامل و خطی به منظور انجام بهینه‏سازی‏های همزمان ساختاری و بهره‏برداری هاب‏های انرژی با در نظر گرفتن قیود قابلیت اطمینان در فضاهای چندحاملی ارائه می‏گردد که قادر است شاخص‏های گوناگون قابلیت اطمینان را محاسبه و در محدوده خاصی قرار دهد. در نهایت روش ارائه شده به منظور بهینه‏سازی ساختاری و بهره‏برداری یک هاب انرژی برای تامین بارهای آن در دوره بهره‏‏برداری مورد نظر با قابلیت اطمینان بالا مورد استفاده واقع شده است. نتایج به‏دست آمده بیانگر توانایی روش معرفی شده در طراحی مدلی برای تامین بارها به طور کاملا بهینه و با قابلیت اطمینان بالا می‏باشد.

امروزه مشارکت منابع پراکنده انرژی (der) در سیستم های قدرت در حال افزایش است . از آنجا که derها می توانند نقش مهمی در بازارهای برق و ارائه خدمات جانبی برای بهره برداران سیستم ایفا کنند، تجمیع این منابع درون سیستم های قدرت موجود مورد توجه قرار گرفته اند. تجمیع derها درون سیستم قدرت با استفاده از مفهوم نیروگاه مجازی (vpp) امکان پذیر می باشد. نیروگاه مجازی با تجمیع ظرفیت تعداد زیادی der - شامل تولیدات پراکنده، پاسخ تقاضا و ذخیرسازهای انرژی- یک پروفیل بهره برداری منفرد را ایجاد میکند. در این پایان نامه یک مدل بهینه سازی که راهبرد بهره برداری بهینه، حداکثر سود و کاهش آلودگی برای یک نیروگاه مجازی را فراهم می کند، ارائه می شود. نیروگاه مجازی در نظر گرفته شده در این پایان نامه شامل توربین بادی، سیستم تولید همزمان برق و حرارت، واحد تولید پراکنده و بارهایی با قابلیت قطع، می باشد. برای افزایش سرعت حل و دستیابی به نتایج بهینه، مدل ارائه شده ابتدا با استفاده از تکنیک های خطی سازی، خطی شده و مسئله برنامه ریزی خطی توأم با اعداد صحیح با دو رویکرد حل شده است. در رویکرد اول تنها قیود فنی منابع در نظر گرفته شده در حالی که در رویکرد دوم علاوه بر قیود فنی منابع، قیود شبکه نیز در نظر گرفته شده است. در این رویکرد مدل جدیدی برای ترکیب مفاهیم ریزشبکه، هاب انرژی و نیروگاه مجازی ارائه شده است. این مدل علاوه بر داشتن ویژگی های مدل های پیشین جامعیت و کلیت بیشتری داشته و در آن از مدل های کاملتری برای اجزا vpp استفاده شده است. مسائل بهینه سازی vpp در سناریوهای متفاوت در محیط نرم افزار gams پیاده سازی شده و نتایج نشان دهنده سرعت بالا و کارایی مدل ارائه شده می باشند.

فضای رقابتی در بازارهای کالا و خدمات سبب می گردد تا مصرف کنندگان بزرگ انرژی (واحدهای تولیدی صنعتی) در جهت کاهش هزینه های تولید به جهت رسیدن به سود بیشتر و ماندن در عرصه رقابت تلاش می کنند. یکی از مهمترین متغیرهایی که هزینه تولید واحد صنعتی را تحت تاثیر قرار می دهد؛ هزینه انرژی مصرفی است. از طرفی، با توجه به عدم قطعیت قیمت الکتریسیته در مقایسه با قیمت سایر حاملهای انرژی، برنامه ریزی خرید الکتریسیته مصرف کنندگان صنعتی بزرگ با رویکرد مینیمم سازی ریسک در سالهای گذشته مورد توجه قرار گرفته است. در این رساله، برنامه ریزی خرید الکتریسیته واحد صنعتی با استفاده از روش برش فازی جهت مدلسازی عدم قطعیت قیمت الکتریسیته ارائه شده است. سادگی، عدم اتکا به تولید سناریو و ارائه بازه سود مبتنی بر ریسک پذیری و ریسک گریزی مصرف کننده از ویژگیهای مدل پیشنهادی می باشد. با توجه به ارتباط برنامه ریزی خرید الکتریسیته با برنامه ریزی تولید واحدهای صنعتی، مساله خود برنامه ریزی مصرف کنندگان صنعتی بزرگ به عنوان مفهومی کاربردی و کارا برای نخستین بار در این رساله ارائه گردیده است. خودبرنامه ریزی واحد صنعتی به مفهوم تلفیق برنامه ریزی تولید واحد صنعتی و برنامه ریزی ساعتی مصرف الکتریسیته با در نظر گرفتن محدودیتهای بهره برداری واحد صنعتی، مدلسازی شده است. این برنامه ریزی با استفاده از مفهوم غلبه تصادفی مرتبه دوم به عنوان مفهومی جا افتاده در نظریه تصمیم گیری که امکان مدیریت ریسک از دیدگاهی متفاوت را فراهم می آورد؛ صورت پذیرفته است. در این راستا، با لحاظ کردن اندیس ? در قیود غلبه تصادفی مرتبه دوم، به منظور انعکاس ریسک پذیری جهت بهینه سازی خرید الکتریسیته با تکیه بر برنامه ریزی تصادفی ارائه شده است. نهایتاً، تاثیر خروج واحد نیروگاهی متعلق به مصرف کننده بر خرید الکتریسیته مصرفی از منابع موجود، به عنوان یکی از عدم قطعیتهایی که با آن مواجه هستیم؛ در مدلسازی وارد شده است. شبیه سازی های این رساله بر روی یک واحد تولیدی سیمان مورد ارزیابی قرار گرفته است.

در جهان امروز، هرروزه از اهمیت و کاربرد سوخت های فسیلی و موتورهای احتراقی درون سوز کاسته شده و تکنولوژی های نوینی جایگزین آن ها می شوند. از میان تکنولوژی های مختلف می توان به پیل های سوختی اشاره کرد که به دلیل تولید برق بدون آلودگی زیستی، صوتی و راندمان بسیار بالا... در دهه اخیر از اهمیت فوق العاده ای برخوردار شده اند. از میان انواع مختلف پیل های سوختی، پیل سوختی پلیمری به دلیل کاربرد فراوانی که به منظور استفاده در سیستم های تولید همزمان برق و حرارت و خودروهای هیبریدی دارند از اهمیت فوق العاده ای برخوردار می باشند. سوخت مورد نیاز پیل های سوختی هیدروژن می باشد که به روش های مختلفی قادر به تهیه می باشد. یکی از مرسوم ترین روش ها که از نقطه نظر اقتصادی به سایر روش ها ارجحیت دارد، فرایند تبدیل گاز شهری به هیدروژن می باشد. به دلیل اهمیتی که این سیستم دارد، در این پروژه کارایی قسمت های مختلف چنین سیکلی با استفاده از آنالیز اگزرژی مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از دو نرم افزار aspen hysys و نرم افزار کد نویسی ees سیکل پیل سوختی به همراه رفرمر شبیه سازی شده و در نهایت میزان تخریب اگزرژی و راندمان اگزرژی هر قسمت به طور جداگانه بدست آمده و تأثیر پارامترهایی همچون فشار و دما بر این راندمان بررسی شده است. پیل های سوختی پلیمری به دلیل هزینه اولیه بالایی که دارند، به تولید انبوه نرسیده اند. لازم به ذکر است که قیمت اولیه این سیستم ها در سال های اخیر روند نزولی داشته است و به طور کلی کمتر از سایر پیل های سوختی می باشد. بنابراین یک ارزیابی اقتصادی بسیار جامع در مورد سیستم های تولید همزمان برق و حرارت بر پایه محرک اولیه پیل سوختی پلیمری و بررسی جواب های حاصله برای افق های بلند مدت، دید بسیار گسترده ای به سرمایه گذاران در زمینه سرمایه گذاری در این زمینه را خواهد داد. از این رو یک مدل بهینه سازی در نرم افزار gams تهیه شده است. در نهایت جواب های حاصله با توجه به روند قیمتی پیل سوختی پلیمری در آینده آنالیز حساسیت شده است.

چکیده: تکنولوژی‏های تولید و انتقال برق در مقیاس بزرگ عموما حجم بزرگی از صرفه‏جویی‏ها را در اختیار قرار می‏دهند. به دلیل وجود این صرفه‏جویی‏ها سیستم‏های قدرت از دیدگاه تاریخی به سمت ساختارهای به هم پیوسته و بزرگ رشد و نمو پیدا کرده‏اند که در این ساختارها به طور معمول، برق توسط نیروگاه‏های متمرکز با محدوده توانی از چند صد تا چند هزار مگاوات تولید می‏شود. در طرف مقابل، تغییرات آب و هوایی، کمبود منابع فسیلی، مشوق‏های سیاسی و اقبال عمومی به انرژی‏های تجدید‏پذیر، به‏کارگیری تکنولوژی‏های تولید پراکنده کوچک و تجدید‏پذیر را ترویج داده است که این تولیدات شامل فتوولتائیک‏ها، میکروتوربین‏ها، تولید همزمان برق و حرارت، واحدهای چوب و زباله سوز و غیره می‏باشند. هاب انرژی به عنوان یک واحد دریافت و تبدیل و ذخیره انرژی در سمت مصرف عمل کرده و می‏تواند ترکیبی از تکنولوژی‏های تولید پراکنده فدق‏الذکر به همراه تجهیزات ذخیره‏ساز انرژی را شامل شود. خطوط انتقال چندگانه نیز به عنوان سیستم انتقالی بوده که حامل‏ها را در یک بستر و به همراه هم منتقل می‏کند. در فصل اول این گزارش بررسی‏های جامعی پیرامون هاب‏‏ها و انرژی های تجدید پذیر صورت گرفته است، در فصل دوم به بررسی چندین مقاله در زمینه بهره برداری هاب پرداخته شده است فصل سوم و چهارم شامل فرمول بندی مسأله و نتایج شبیه سازی مسأله می باشد همچنین در فصل پنجم نتایج کلی گزارش و ارائه چند پیشنهاد به عنوان مطالب پایانی ارائه شده است.

تا کنون مطالعات زیادی در زمینه کنترل فرکانس به دلیل ارزش و اهمیت آن در مباحث ارائه ی پایدار انرژی در سیستم های قدرت، انجام شده است. با افزایش نفوذ خودروهای الکتریکی در شبکه این خودروها می توانند نقش بسزایی در سیستم های قدرت و کنترل فرکانس آن ایفا کنند. همچنین مطالعاتی در راستای مدل سازی بار و تولید این خودروها از دید شبکه های قدرت انجام گرفته است، که در حقیقت با مدل سازی و شبیه سازی رفتار این خودروها دید مناسبی را از پروفایل بار و پتانسیل تولید این خودروها در طول ساعات مختلف شبانه روز به متخصصان می دهد. این خودروها رفتار تصادفی دارند و در نتیجه ظرفیت توان قابل دسترس آنها نیز دارای رفتار تصادفی می باشد. در نتیجه برای بررسی اثر آنها بر شبکه باید از مدل های آماری و احتمالی استفاده کرد. اپراتور سیستم قدرت برای گریز از ریسک تصادفی بودن ظرفیت این خودروها می تواند از نهادی به نام تجمیع کننده کمک بگیرد و در نتیجه این ریسک را به تجمیع کننده انتقال دهد. تجمیع کننده ظرفیت خودروهای الکتریکی را تجمیع می کند و به صورت بلوک های چند مگاواتی با اپراتور سیستم قرارداد می بندد. در این پروژه ابتدا به بررسی مفاهیم مرتبط با v2g (اتصال خودرو به شبکه) و کنترل فرکانس پرداخته می شود. سپس نقش تجمیع کننده در خدمات v2g و کنترل فرکانس ارزیابی می گردد. سپس فرض خواهد شد که در مبادلات و قراردادهای توان، این نهاد تجمیع کننده وجود ندارد که بررسی آن در این پروژه مطرح می شود. همانطور که قبلاً ذکر شد رفتار خودروهای برقی به دلیل تصادفی بودن رفتار مالکان خودروها کاملاً تصادفی است، ولی اگر تعداد این خودروها زیاد باشد با ترکیب این متغیرهای تصادفی می توان رفتاری قابل پیش بینی را برای آن تصور نمود. اساس این پروژه مدل سازی رفتار این خودروها با استفاده از توزیع دوجمله ای و نرمال است و سعی شده است مدل احتمالاتی تقریباً کاملی که پارامترهای مورد نیاز از جمله محدودیت انرژی، برنامه ریزی شارژ و ... را پوشش دهد، ارائه شود و طریقه محاسبه توان بهینه برای شرکت در بازار خدمات جانبی توضیح داده شده است. همچنین با استفاده از این توزیع های احتمال، مقدار بهینه توان برای شرکت در بازار خدمات جانبی و با توجه به مکانیزم های جریمه بدست آورده شده است. سپس پس از ایجاد مدل مناسب با شبیه سازی های متناظر به بررسی اثر تصادفی بودن میزان توان قابل دسترس (ناشی از تصادفی بودن رفتار خودروهای برقی) بر کنترل فرکانس (افزایش و کاهش فرکانس-رگولاسیون) شبکه با در نظر گرفتن تجمیع کننده وبدون حضور تجمیع کننده پرداخته خواهد شد. مدل بازار استفاده شده در این پروژه بازار خدمات جانبی (بازار رگولاسیون) می باشد. یکی از نکاتی که باید در شبیه سازی های کنترل فرکانس در نظر گرفت نوع شبکه ارتباطی و انتشار و دریافت اطلاعات است. در این پروژه شبکه ارتباطی یک سویه (جهت ارتباط فقط از طرف اپراتور به خودروها) و شبکه ارتباطی دوسویه (جهت ارتباط هم از طرف اپراتور به خودروها و هم از طرف خودروها به اپراتور) مورد بررسی قرار خواهند گرفت. در پایان با توجه به اهمیت خودروهای برقی و نفوذ آن ها در شبکه های آینده، در این تحقیق سعی شده است تاثیر قیود فیزیکی شبکه بر کنترل فرکانس نیز به صورت مختصر بررسی شود.

امروزه عوامل بسیاری از جمله گسترش فزاینده ی نیاز به انرژی، محدودیت منابع فسیلی، فاجعه ی آلودگی زیست محیطی ناشی از سوخت موادفسیلی، گرم شدن هوا و اثر گلخانه ای، لزوم تعادل پخش گازهای آلاینده و بسیاری از عوامل دیگر، سبب رویکرد دوباره ی علم به انرژی های تجدیدپذیر طبیعی شده است. از طرف دیگر تولیدانرژی الکتریکی در مقیاس بزرگ و انتقال آن به مصرف کنندگان تلفات زیادی به همراه دارد. همچنین نیروگاه های بزرگ تولید برق به دلیل ظرفیت و حجم تولید زیاد علاوه بر داشتن هزینه های زیاد در سرمایه گذاری، نصب و راه اندازی و نیز تعمیر و نگهداری، غالبااز راندمان الکتریکی پایینی برخوردارند.دراین میان استفاده از سیستم های تولید پراکنده ی همزمان از راه کارهای موثر می باشد. ایران با عرض جغرافیایی 25 الی 45 درجهت شمالی ازجمله مناطق مناسب از نظر تابش خورشید و استفاده از سیستم های فتوولتائیک می باشد. اما محدودیت آن هزینه بالا، نوسانی و غیرقابل پیش بینی بودن در شرایط ابری می باشد که باعث می شود این سیستم ها به تنهایی برای تولید برق قابل استفاده نباشد. اما اگر چنین سیستمی با سایر تولیدکنندگان انرژی یا منابع ذخیره ساز، که بتوانند در شب و یا زمان هایی که ابر وجود دارد انرژی مورد نیاز را تامین کنند، تجمیع شود می تواند بطور مطلوبی در سیستم های تولید پراکنده مورد استفاده قرار گیرد. موتورهای گازسوز یکی دیگر از تجهیزات تولید برق می باشند که دارای ظرفیت های گوناگونی بوده و قیمت تمام شده برق آن نسبت به دیگر سیستم های تولید پراکنده پایین تر می باشد و همچنین با توجه به شرایط مناسب گاز در ایران انتخاب شده است. در این پایان نامه هدف طراحی و بهره برداری بهینه از سیستم هیبریدی فتوولتائیک و موتور گازسوز جهت تامین برق و حرارت می باشد. برای این منظور ابتدا پیکربندی مناسب سیستم پیشنهاد شده است. فرض شده است که سیستم هیبریدی به شبکه برق سراسری متصل می باشد و امکان خرید و فروش برق به شبکه وجود دارد. همچنین سیستم دارای یک بویلر کمکی می باشد تا در همه شرایط پاسخگوی دیماند مصرفی حرارتی باشد.بهینه سازی براساس کمینه کردن هزینه ها و نرخ بازگشت سرمایه انجام شده است. سه روش برای برنامه ریزی و بهره برداری سیستم تولید همزمان در نظر گرفته شده است. روش اول، استفاده از سیستم تولید همزمان به عنوان تامین کننده نیاز حرارتی (ftl) است. روش دوم، استفاده از سیستم تولید همزمان به عنوان تامین کننده نیاز الکتریکی (fel) و روش سوم، استفاده از سیستم تولید همزمان به عنوان تامین کننده نیاز الکتریکی و حرارتی به طور بهینه است. پس از پیاده سازی روش های گفته شده، پیکربندی مناسب برای محرک اولیه و بویلر کمکی مشخص شده است. تمامی مدل ها، خطی آمیخته با عدد صحیح بوده و با حل کننده cplex.12 در نرم افزار gams حل شده اند.نتایج بدست آمده نشان می دهد که روش fel دارای هزینه کل بالاتری می باشد.دو روش ftl و بهینه همزمان از نظر پیکر بندی کاملا یکسان بوده و از نظر هزینه ها بسیار به یکدیگر نزدیکند و هزینه بهره برداری بهینه همزمان اندکی کمتر می باشد. پس از مشخص شدن سطح پنل فتوولتائیک، تعداد واحدهای محرک اولیه و بویلر کمکی مناسب برای دوره طراحی به بهره برداری از این پیکربندی در دوره روزانه پرداخته شده است. با توجه به اینکه تابش خورشید پدیده ای تصادفی است و بطور قطع نمی توان آنرا پیش بینی کرد لذا پیکربندی انتخاب شده در دو حالت بدون در نظر گرفتن عدم قطعیت و با در نظر گرفتن آن بهره برداری شده است و تابع هدف کمینه کردن هزینه بهره برداری روزانه می باشد.نتایج نشان می دهد که مقدار هزینه بهره برداری با لحاظ عدم قطعیت، بالاتر از مقدار متناظر با حالت بدون عدم قطعیت است.

به بیانی ساده، هاب انرژی واحدی است که حامل‏های انرژی گوناگون مانند الکتریسیته و گاز طبیعی را در ورودی خود دریافت نموده و پس از انجام تبدیل و یا ذخیره‏سازی انرژی، حامل‏های انرژی مورد نیاز در بارهای خروجی خود مانند الکتریسیته، گرمایش و یا سرمایش را تحویل می‏دهد. به دلیل خصوصیات منحصر به فرد هاب‏های انرژی، این واحدها اخیرا مورد توجه بسیاری از کشورهای صنعتی به منظور تامین به صرفه و مطمئن انرژی‏های مورد نیازشان واقع شده است. از آنجا که در فضاهای چندحاملی، تامین بهینه و مطمئن بارهای مورد نیاز علاوه بر نحوه بهره‏برداری از هاب انرژی به عناصر و ساختار درون هاب نیز بستگی دارد لذا به منظور ارائه روشی کامل برای تامین بهینه و مطمئن بارهای گوناگون بایستی تعیین ساختار و نحوه بهره‏برداری از هاب به طور همزمان مورد بهینه‏سازی قرار بگیرند. در این پایان‏نامه، هدف اصلی ارائه مدلی برای برنامه ریزی بلند مدت در فضاهای چندحاملی با استفاده از هاب‏های انرژی می‏باشد. این مدل بایستی ساختار هاب مورد نظر به صورت بهینه تعیین شده باشد لذا مدل ارائه شده به طور کلی به بهینه‏سازی ساختار هاب می‏پردازد. نکته‏ای که مطالعات این پایان‏نامه را از کارهای پیشین متمایز می‏کند، وارد نمودن بحث بهینه سازی همزمان ساختار بلند مدت به همراه بهره برداری هفته ای و تعمیرات با دیدگاه انرژی محور، هاب انرژی می‏باشد. در این پایان نامه با استفاده از مفهوم هاب انرژی به بهره‏برداری کوتاه‏مدت در فضای چند حاملی (گاز و برق و حرارت) پرداخته شد. هاب مورد نظر موظف به تامین بارهای الکتریکی و حرارتی خود در پایین دست (یک شبکه میکرو) بوده در حالیکه در ورودی خود برق و گاز طبیعی را از بالادست دریافت نموده است. در این راستا ایده‏هایی همچون جایگزین نمودن دیدگاه انرژی به جای توان، هموار نمودن منحنی توان الکتریکی و گاز ورودی به هاب، استفاده از عناصر ذخیره‏ساز الکتریکی و حرارتی در ساختار هاب به منظور رفتار بهتر آن در تامین بارهای مورد نیاز مشترکین و همچنین مدلسازی بارهای قابل قطع و جابجای‏پذیر به منظور هموارتر نمودن منحنی توان ورودی به هاب مورد بررسی و شبیه‏سازی قرار گرفتند. نتایج حاصله به خوبی نشان‏دهنده دستیابی به اهداف مورد نظر بوده به گونه‏ای که منحنی توان الکتریکی ورودی به هاب به شکل بسیار مناسبی به حالت هموار نزدیک شده و در این راستا ذخیره‏سازی‏های انرژی و همچنین بارهای قابل‏قطع و جابجایی‏پذیر به خوبی مورد استفاده قرار گرفته‏اند. سود بهره‏بردار هاب نیز از این خرید و فروش انرژی به حداکثر ممکن خود رسیده است. واضح است که دستیابی به هدف "دریافت بسته انرژی معین با منحنی توان ورودی هموار جهت بهره‏برداری کوتاه‏مدت (روز تا هفته)" می‏تواند تحولی در برنامه‏ریزی‏های توسعه تولید و تعمیر و نگهداری سیستم قدرت در بلند مدت ایجاد نماید. در بخش های بعدی برنامه ریزی بلند مدت برای نیروگاهها با دید انرژی محور مطرح و بررسی گردیده و سپس عناصر هاب مورد نظر برای بهینه سازی ، مدلسازی شده است و سپس نتایج بهینه سازی برای یک هاب نمونه پیشنهادی اورده شده و سپس نتایج بهینه سازی هاب عملی پتروشیمی پارس جنوبی نیز ذکر گردیده و در چند حالت با یکدیگر مقایسه گردیده است.

رشد روز افزون منابع تولید پراکنده موجب پدید آمدن مفهوم جدیدی به نام ریزشبکه (میکروگرید) شده است. پیش بینی می شود مزایای متعدد مترتب بر تشکیل ریزشبکه باعث رشد و گسترش این ساختار در بخش ها و مناطق مختلف از جمله مناطق صنعتی خواهد شد. حوزه های تحقیقاتی متعددی در رابطه با ریزشبکه ها توسعه یافته است و لیکن تاکنون توجه زیادی به موضوع ریزشبکه های صنعتی نشده است. با توجه به اهمیت تشکیل ریزشبکه در مناطق صنعتی از منظر مدیریت اقتصادی و افزایش قابلیت اطمینان، این رساله به موضوع مهم به مدار آوردن تولیدات پراکنده در یک ریزشبکه صنعتی به منظور حداقل کردن هزینه تامین انرژی الکتریکی و انرژی حرارتی توجه دارد. در این راستا واقعیت های مهمی همچون وجود بارهای تاثیرگذار مثل خودروهای برقی، وجود تولید تجدیدپذیر همچون سلول های خورشیدی که در شبکه های صنعتی در حال گسترش هستند و همچنین موضوع نامعینی تولید و بار در فرمول بندی به مدار آوردن تولیدات در نظر گرفته شده است. بنابر این در این رساله، از طریق بررسی ساختار یک ریزشبکه صنعتی، مزایای تشکیل ریزشبکه در مناطق و شهرکهای صنعتی تبیین می شود و یک راهبرد مناسب جهت ترغیب کارخانجات مختلف واقع در یک منطقه صنعتی جهت حضور و مشارکت در ساختار ریزشبکه ارائه می شود. پس از آن با توجه به ساختار ریزشبکه در مناطق صنعتی فرمول بندی مناسبی جهت حل مسئله به مدار آوردن واحدها ارائه می شود. فرمول بندی پیشنهادی به گونه ای است که علاوه بر قیود مرتبط با سیستم و امنیت آن، قیود مربوط به کارخانجات و تجهیزات آنها نیز بطور کامل لحاظ شده اند. ظهور و حضور خودروهای برقی سنگین در مناطق صنعتی و نیز نصب سلول های خورشیدی می تواند بر برنامه ریزی تولید اثرات مهمی داشته باشد که به این جهت این عناصر در فرمول بندی پیشنهادی اضافه می شود. یک قدم در تکمیل مسئله ساده به مدار آوردن واحدها، پخش بار بهینه است که این مسئله برای ریزشبکه های صنعتی فرمول بندی می شود. نشان داده می شود که در ریزشبکه های صنعتی شامل خودروهای برقی بواسطه وجود قیود مبتنی بر زمان و انرژی، مسئله تبدیل به پخش بار بهینه دینامیکی خواهد شد. در ادامه با توجه به نامعینی موجود در میزان مصرف الکتریکی و میزان تولید سلول های خورشیدی، فرمول بندی احتمالاتی به مدار آوردن واحدها در یک ریزشبکه صنعتی ارائه می شود. در روش پیشنهادی، پس از خطی سازی معادلات غیرخطی، مسئله برنامه ریزی احتمالاتی با استفاده از روش مبتنی بر سناریو تحلیل شده است.

بهره بردار سیستم با داشتن یک پیش بینی مشخص از شرایط شبکه انتقال و بازار انرژی در روز بعد، اقدام به تغییر آرایش بازار برای مدیریت و کنترل قیود امنیت در سیستم قدرت مینماید. از طرفی، رشد چشمگیر منابع عدم قطعیت در سیستمهای قدرت مدرن، مدلسازی رفتار غیرقطعی سیستم را در مطالعات و برنامه ریزیهای کلان به یک چالش اساسی تبدیل نموده است. بنابراین، طبیعی است که پیش بینی بهره بردار از شرایط واقعی شبکه در روز پیش رو با عدم قطعیتهایی همراه باشد و همین موضوع برنامه ریزی بهره بردار را برای مدیریت سیستم تحت تأثیر قرار میدهد. خط مشی کلی در این رساله، تلاش در جهت مقابله با تأثیرات مخرب رفتار غیرقطعی سیستم در فرآیند مدیریت تراکم شبکه انتقال از طریق ارائه یک ساز و کار نوین تحت عنوان "مدیریت احتمالی تراکم انتقال" میباشد. شکل گیری این ساز و کار پیشنهادی بر اساس یک فرمولبندی جدید برای مدلهای موجود مدیریت تراکم بوده به شکلی که بتواند بهره بردار را در اتخاذ راهکارهای کارآمد برای آزادسازی تراکم یاری نماید. مسئله برنامه ریزی مبتنی بر شانس که اخیراً در مطالعات احتمالی سیستم قدرت جایگاه ویژه ای پیدا کرده، در فرمولبندی جدید مسئله استفاده شده است. طرح پیشنهادی برای مدیریت احتمالی تراکم، با مدیریت مبتنی بر تحلیل حوادث آغاز شده و با ارائه مدل مدیریت مبتنی بر تحلیل شانس تکمیل خواهد شد. مدل مبتنی بر تحلیل حوادث بر مبنای تحلیل حوادث محتمل و در نظر گرفتن هزینه آنها در کنار هزینه های جاری مدیریت تراکم عمل نموده و راهکاری ارائه میدهد که دارای کمترین مجموع هزینه باشد. طرح نهایی مدیریت احتمالی تراکم یک چارچوب جامع برای در نظرگرفتن کلیه عدم قطعیتهای سیستم قدرت در فرآیند مدیریت تراکم است به شکلی که بتواند تأثیرات نامطلوب رفتار غیرقطعی سیستم را در ارائه راهکارهای آزادسازی تراکم در بازار روز بعد به حداقل برساند. بر این اساس، یک فرمولبندی جدید برای فرآیند مدیریت تراکم با استفاده از مسئله برنامه ریزی مبتنی بر شانس که شامل قیود تصادفی است، ارائه میگردد. این قیود تصادفی بر اساس توابع چگالی احتمال متغیرهای خروجی سیستم نظیر توان جاری خطوط شکل گرفته و میزان ارضای آنها توسط پارامتر سطح اطمینان که در اختیار بهره بردار است، کنترل میگردد. بنابراین در فرآیند مدیریت احتمالی تراکم، بهره بردار میتواند با شناخت صحیح منابع عدم قطعیت سیستم از یکسو و حساسیتهای شبکه تحت مدیریت خود از سوی دیگر، به اتخاذ راهکارهای آزادسازی به گونه ای بهینه و ایمن اقدام نماید. در نهایت، با پیاده سازی روشهای عددی و تحلیلی برای حل مدل پیشنهادی، مزایا، معایب و نقاط ضعف و قوت آن آشکار شده و راهکارهای اصلاحی برای نقاط ضعف ارزیابی شده، ارائه میگردند. بررسی کلی نتایج تحقیقات انجام شده در این رساله نشان میدهد که مدل پیشنهادی مدیریت احتمالی میتواند به شکل موثری برای مدلسازی واقعیتهای شبکه و در نظر گرفتن عدم قطعیتهای آن بکار گرفته شود و نتایج مثبت آن در عملکرد مطلوب مدل پیشنهادی انعکاس مییابد. بطور کلی میتوان گفت که طرح پیشنهادی مدیریت احتمالی با توجه به مزایایی که ایجاد میکند و علیرغم تمام پیچیدگیهایی که دارد، کم و بیش میتواند جایگزین مناسبی برای مدلهای قطعی موجود باشد.