در یک سیستم قدرت، تغییرات ناگهانی میزان بار مصرفی رخ می دهد و یا خروج خودکار واحدهای نیروگاهی ممکن است اتفاق افتد، که منجر به انحراف فرکانس می گردد. بهره بردار سیستم وظیفه دارد، به منظور حفظ فرکانس در محدوده ی مجاز و جلوگیری از فروپاشی شبکه، بخشی از ظرفیت نیروگاه های در مدار را برای پاسخگویی به هرگونه عدم تعادل در توان حقیقی اختصاص دهد. پس از وقوع هر اغتشاش، در مرحله اول گاورنر واحدهای نیروگاهی به انحراف فرکانس پاسخ می دهند. به ظرفیت آماده ای که به این انحراف فرکانس پاسخ می دهد، ذخیره ی کنترل فرکانس اولیه اتلاق می گردد. ذخیره ی کنترل فرکانس اولیه، به میزان تولید ساعتی واحدها وابستگی جدی دارد. بهمین دلیل، امروزه برنامه ریزی همزمان انرژی و ذخیره ی کنترل فرکانس اولیه مد نظر متخصصین می باشد. توسعه فن آوری در بخش نرم افزاری سیستم کنترل واحدهای نیروگاهی، قابلیت های مانور جدیدی از جمله، انتخاب مد مشارکت در کنترل فرکانس(فعال و یا غیرفعال) و همچنین انتخاب نرخ بارگیری (عادی و یا سریع) را در هر لحظه و بدون توقف واحد امکان پذیر نموده که در توسعه ی ظرفیت ذخیره ی کنترل فرکانس اولیه و نحوه ی مشارکت واحدهای نیروگاهی در کنترل فرکانس تأثیر گذار است. از طرفی، برخی از واحدهای نیروگاهی در محدوده معینی از ظرفیت بهره برداری، قابلیت مشارکت در کنترل فرکانس را دارند. در این رساله، این قابلیت ها و محدودیت های واحدهای نیروگاهی معرفی شده و نقش آنها در مسئله ی برنامه ریزی همزمان انرژی و ذخیره ی کنترل فرکانس اولیه بررسی می گردد. همچنین برخی از این قابلیت ها و محدودیت های واحدهای نیروگاهی برای اولین بار در برنامه ریزی همزمان انرژی و ذخیره ی کنترل فرکانس اولیه در نظر گرفته شده اند. برای حل این مسئله، یک روش ابتکاری مبتنی بر الگوریتم ژنتیک ارائه شده است. نتایح حاصل از شبیه سازی ها نشان می دهند که اعمال قابلیت ها و محدودیت های فوق در برنامه ریزی همزمان انرژی و ذخیره ی کنترل فرکانس اولیه، آرایش مناسب تری را در اختیار بهره بردار سیستم قرار می دهد بطوریکه، بهره بردار سیستم انحراف کمتری را در اجرای برنامه خواهد داشت. در این رساله، همچنین، نقش قابلیت انتخاب نرخ بارگیری و بکارگیری نرخ بارگیری سریع واحدهای نیروگاهی برای مشارکت در کنترل فرکانس در قیمت انرژی و ذخیره ی کنترل فرکانس اولیه و نوسانات آنها در سناریوهای مختلف قیمت دهی فروشندگان و همچنین بارهای مختلف مورد بررسی وتحلیل قرار گرفته است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهند که در صورت بکارگیری نرخ بارگیری سریع برای مشارکت در کنترل فرکانس، قیمت انرژی و نوسانات آن کاهش می یابد. بررسی نتایج نشان می دهند که اگرچه، در بسیاری از موارد ممکن است استفاده از نرخ بارگیری سریع برای مشارکت در کنترل فرکانس در بارِ حداقل ضرورتی نداشته باشد، در بارهای زیاد (اوج مصرف) ممکن است امری ضروری باشد. همچنین، بکارگیری نرخ بارگیری سریع از نظر اقتصادی در بارهای میانی توجیه پذیر بوده و در بارهای کمتر بسته به هزینه های استهلاک نرخ بارگیری سریع، امری قابل بررسی است.

واحدهای کوچک تولید پراکنده، به خصوص واحدهایی که تأمین برق در تمام ساعات و شرایط ممکن است برای آن ها فراهم نباشد، به تنهایی برای عرضه برق در بازار انرژی و رزرو از کار آیی مناسبی برخوردار نمی باشند. در چنین مواردی می توان از اجتماع تعدادی از این واحدها به طور مناسب تری بهره برداری نمود. مجموعه ای از منابع انرژی پراکنده که در نقاط مختلف به شبکه اتصال دارند و به صورت یکپارچه مدیریت و کنترل می شوند نیروگاه مجازی نامیده می شود. نیروگاه مجازی می تواند به عنوان یک بازیگر در کنار سایر بازیگران در بازار شرکت نماید. استراتژی پیشنهاد قیمت یک نیروگاه مجازی، به عنوان یک شرکت کننده در بازار انرژی و رزرو، نقش مهمی در بیشینه کردن سود آن ایفا می کند. از طرف دیگر، عدم قطعیت هایی نظیر نایقینی در قیمت انرژی می توانند بر روی استراتژی پیشنهاد قیمت تأثیرگذار باشند. در این رساله، ساختاری برای مشارکت، پیشنهاد قیمت و سوداگری نیروگاه مجازی در بازار انرژی و رزرو پیشنهادشده است. علاوه بر این، سعی شده است تا با بهره گیری از تئوری تصمیم گیری مبتنی بر شکاف اطلاعاتی، پیشنهاد قیمتی مقاوم در برابر نایقینی قیمت انرژی ارائه شود. در مدل پیشنهادی، ساختار شبکه، قیود امنیت نیروگاه مجازی، محدودیت های منابع انرژی پراکنده تشکیل دهنده نیروگاه مجازی، تلفات توان در داخل نیروگاه مجازی و تعادل توان تولیدی و مصرفی نیروگاه مجازی در نظر گرفته می شوند. با کمک رویکرد پیشنهادشده، می توان میزان انرژی خریداری شده یا فروخته شده در بازار، میزان رزرو قابل ارائه به بازار، آرایش منابع انرژی پراکنده، وضعیت شارژ یا تخلیه منابع ذخیره ساز و میزان قطع بار را برای بازار روز بعد تعیین کرد. در مدل پیشنهادی، برای حل مسئله پیشنهاد قیمت از روش تجزیه بندر استفاده شده است. با پیاده سازی مدل پیشنهادشده بر روی شبکه نمونه، انواع سوداگری و موقعیت های مختلف سوداگری برای نیروگاه مجازی و پیشنهاد قیمت نیروگاه مجازی در حضور نا یقینی ها مورد بررسی قرارگرفته و صحت و کار آیی مدل پیشنهادی نشان داده شده است.

هدف از پروژه ی حاضر، ارائه ی یک الگوریتم جهت کنترل بهینه ی شارش توان در اینورترهای تک فاز متصل به شبکه، بر اساس تعیین مستقیم سیگنال کلیدزنی برای کل دوره ی تناوب سیگنال ولتاژ شبکه است. مبنای این روش کنترلی، که آن را بهینه سازی الگوی کلیدزنی در یک دوره ی کامل ( fpspo) نامیده ایم، تعیین حالت بهینه‎ی کلیدهای قدرت، یعنی خاموش یا روشن بودن آن ها، متناسب با فاز ولتاژ شبکه است. این الگوریتم به حداقل سازی فرکانس کلیدزنی می پردازد و علاوه بر یک سری قیود عملی، به طور مستقیم محدودیت های مربوط به استانداردهای کیفیت توان، همچون حداکثر اندازه ی هر مولفه ی هارمونیکی در جریان خروجی و اعوجاج هارمونیکی کل مجاز را مد نظر قرار می دهد. این روش از این واقعیت که ولتاژ شبکه ی قدرت نسبتاً متناوب و قابل پیش بینی است بهره می برد و با استفاده از پارامترهای شبکه و اینورتر، سیگنال بهینه ی کلیدزنی را برای کل دوره ی تناوب ولتاژ شبکه محاسبه می کند. با توجه به ساز و کار روش، می توان آن را در حوزه ی روش های کنترلی پیش بین مبتنی بر مدل یا mpc قرار داد. در مقالات ارائه شده بر اساس روش های متداول کنترل پیش بین مبتنی بر مدل، وضعیت کلیدها برای یک بازه ی زمانی بسیار محدود تعیین می شود تا با توجه به بار محاسباتی بالا و همچنین زمان حقیقی بودن محاسبات، پیاده سازی عملی امکان پذیر باشد. با توجه به کوچک بودن افق پیش بینی، جواب های به دست آمده از روش های متداول پیش بین مبتنی بر مدل، در بهترین حالت تنها بهینه ی محلی هستند. در روش پیشنهادی در این پایان نامه، بستر محاسباتی لازم جهت انجام بهینه سازی در افق زمانی یک سیکل ولتاژ شبکه فراهم می آید. هسته ی اصلی این محاسبات، با توجه به پیچیدگی و زمان بر بودن، به شکل غیرزمان حقیقی انجام می پذیرد و در اختیار سیستم کنترلی قرار می گیرد. به منظور اطمینان از عملکرد صحیح روش کنترلی، الگوریتم های کمکی زمان حقیقی نیز تعریف خواهند شد. با توجه به این که مبنای این روش، بهینه سازی سیگنال کلیدزنی در طول یک سیکل ولتاژ شبکه است (و نه این که مثلاً پارامترهای یک روش کنترلی را به شکل بهینه تنظیم کنیم)، نتایج بسیار رضایت بخشی نسبت به کارهایی که تا کنون در این حوزه انجام گرفته حاصل شده است. در طول تحقیقاتی که برای ارائه ی الگوی بهینه ی کلیدزنی در یک دوره ی کامل انجام دادیم، ایده ها و دیدگاه های متفاوتی نسبت به مسأله مطرح شد که شرح آن ها در فصل های آتی آمده است. باید گفت که خروجی ویژه ی این پایان نامه، ارائه ی یک مدولاسیون جدید برای طیف وسیعی از مبدل های الکترونیک قدرت منبع ولتاژی تمام کنترل شده است که در آن، سیگنال های کلیدزنی به شکل بهینه تولید می شوند. مزیت این روش بر مدولاسیون های پرکاربرد فعلی مانند spwm این است که می تواند بدون وجود داشتن محتویات هارمونیکی عمده درخروجی مبدل، فرکانس کلیدزنی را به شکل چشم گیری کاهش دهد.

در این پایان نامه، چارچوبی جهت پیش بینی کوتاه مدت منحنی عرضه مجموع در بازارهای برق ارائه می کنیم. منحنی عرضه مجموع بازار برق دارای اطلاعات ارزشمندی در مورد سمت عرضه بازار است. در واقع، منحنی عرضه مجموع رابطه بین تقاضای شبکه و قیمت بازار را تعیین می کند. علاوه بر این، یک شرکت تولیدی می تواند از منحنی عرضه مجموع، منحنی عرضه رقیبان خود را در بازار برق استخراج کند تا به کمک آن بتواند استراتژی پیشنهاد قیمت مناسب اختیار کند. با وجود آنکه روش های متعددی جهت پیش بینی متغیرهای اسکالر (مانند بار و قیمت شبکه) در بازارهای برق ارائه شده اند، تنها تعداد معدودی روش برای پیش بینی منحنی ها پیشنهاد شده اند. در این پایان نامه، یک چارچوب جدید جهت پیش بینی کوتاه مدت منحنی عرضه مجموع پیشنهاد می دهیم. چالش اصلی جهت پیش بینی منحنی عرضه مجموع آن است که موتورهای پیش بین و روش های انتخاب ورودی عموما برای متغیرهای اسکالر طراحی شده اند، و نه برای متغیرهای منحنی. برای آنکه بتوان از موتورهای پیش بین معمول در فرایند پیش بینی منحنی ها استفاده کنیم، سری زمانی منحنی های عرضه را گسسته می نماییم تا به تعدادی سری زمانی اسکالر تبدیل گردد. سپس، با پیش بینی این سری های زمانی اسکالر، می توان منحنی عرضه مجموع را پیش بینی نمود. در طی فرایند پیش بینی منحنی عرضه، وابستگی های بین این سری های زمانی اسکالر باید در نظر گرفته شود. استفاده از روش های پیش بینی چند متغیره که تمامی این سری های زمانی را در نظر بگیرد از لحاظ محاسباتی عملی نیست. بنابراین، در این پایان نامه سه روش مختلف جایگزین ارائه شده است. پس از پیش بینی سری های زمانی اسکالر، کل منحنی بر اساس نقاط پیش بینی شده تخمین زده می شود. روش پیشنهادی را با استفاده از داده های بازار آلبرتا آزموده ایم. جهت افزایش دقت پیش بینی های منحنی عرضه، یک الگوریتم انتخاب متغیرهای ورودی و یک موتور پیش بین مبتنی بر ترکیب اطلاعات پیشنهاد نموده ایم. انتخاب مجموعه ورودی های مناسب برای موتور پیش بینی، یک مرحله مهم در فرایند پیش بینی سری های زمانی است. در روش پیشنهادی ما متغیرهایی برای ارائه به موتور پیش بینی انتخاب می شوند که دارای بیشترین ارتباط (خطی یا غیر خطی) با متغیر هدف باشند و در عین حال کمترین افزودگی را در میان خود داشته باشند. بدین صحت پیش بینی ها افزایش می یابد. موتورهای پیش بینی جزء لاینفکی از هر فرایند پیش بینی هستند. در این پایان نامه، یک موتور پیش بین بر اساس مفهوم ترکیب اطلاعات، جهت هیبرید نمودن چند موتور پیش بین مختلف، ارائه می شود. در روش پیشنهادی، سه موتور پیش بین مقدماتی مجزا استفاده شده است تا پیش بینی های جداگانه ای از سیگنال هدف ارائه دهند. سپس، یک روش ترکیب اطلاعات جدید ارائه شده است که این سه پیش بینی مقدماتی را با یکدیگر ترکیب نموده تا یک پیش بینی واحد ارائه نماید. انتظار می رود که پیش بینی ترکیب شده نهایی از پیش بینی هرکدام از موتورهای پیش بین مقدماتی بهتر عمل نمایند، زیرا از ظرفیت های چند موتور پیش بین به صورت همزمان استفاده می شود.

در سال های اخیر، افزایشعلاقه مندی به گسترشانرژی های تجدیدپذیر به صورت تولیدات پراکنده و در مقیاس کوچک، منجر به ظهور ریز شبکه های هوشمند شده است. در این مقاله، ساختاری دوسطحی برای سیستم مدیریت انرژی، باهدفبیشینه سازی سود بهره برداری و کمینه سازیهزینه های ناشی از خطای پیش بینی، ارائه شده است. مدیریت هم زمان منابع انرژی تجدیدپذیر و بارهای قابل کنترل، می تواند به افزایش نفوذ انرژی های پاک در شبکه کمک کند. پاسخگویی بار به صورت غیرمستقیم و از طریق ارسال قیمت برق ساعتی به مصرف کنندگان، انجام می شود. با اجرای این برنامه، الگوی قیمتِ برق 24 ساعت آینده برای ارسال به مصرف کنندگان، میزان توان خریداری شده از شبکه ی توزیع یا فروخته شده به آن و وضعیت منابع تولید پراکنده در هر ساعت، تعیین می شود. مدل پیشنهادی به صورت یک مسئله ی غیرخطی عدد صحیح مختلط تعریف و به کمک الگوریتم تجزیه ی بندرز حل شده است.

نفوذ گسترده منابع تجدید پذیر در بخش تولید سیستم های قدرت، بهره برداران را با چالش های عمده در برنامه ریزی تولید و مدیریت عدم قطعیت های تولید روبرو نموده است. هدف از این رساله ارائه روشی کامل تر به منظور در نظر گرفتن دقیق نقش پاسخگویی بار، به عنوان ابزاری در جهت افزایش انعطاف پذیری سیستم قدرت، در تسهیل استفاده از منابع تجدید پذیر، با تمرکز روی انرژی بادی، می باشد. در این راستا و به منظور نشان دادن اهمیت پاسخگویی بار در رفع اثرات عدم قطعیت تولید بادی، ابتدا روشی برای ارزیابی پاسخگویی بار پیشنهاد شده است. در این روش، پتانسیل پاسخگویی بار در کاهش اثرات سوء عدم قطعیت تولید بادی بر بهره برداری از سیستم قدرت در نظر گرفته شده است. همچنین، به مسئله مدیریت مقادیر بالای تولید بادی در بهره برداری کوتاه مدت سیستم قدرت به کمک پاسخگویی بار پرداخته شده است. بدین منظور، بازار تبادل پاسخگویی بار، به عنوان روشی جامع برای برنامه ریزی کارا و عادلانه پاسخگویی بار، مورد استفاده قرار گرفته است. در واقع، هدف این رساله، مدل سازی و ادغام بازار پاسخگویی بار در بازارهای انرژی و رزرو موجود در بازارهای برق می باشد. لذا، ابتدا چارچوبی مستقل برای تسویه بازار پاسخگویی بار، با هدف رفع اثرات عدم قطعیت تولید بادی پیشنهاد گردیده است. به منظور دستیابی به راه حل جامع تری برای مدل سازی و ادغام بازار پاسخگویی بار در بازار انرژی و رزرو، مدل دوسطحی تسویه توأم بازار انرژی و رزرو پیشنهاد شده است. در این مدل، در مسئله سطح بالا بازار انرژی و رزرو تسویه شده و در مسئله سطح پایین، تسویه بازار پاسخگویی بار قرار گرفته است. به منظور مدل کردن عدم قطعیت تولید بادی در مدل های پیشنهادی، از برنامه ریزی تصادفی استفاده شده است. استفاده از مدل های پیشنهاد شده در این رساله در برنامه ریزی پاسخگویی بار در سیستم قدرت منجر به اختصاص عادلانه هزینه ها و فواید پاسخگویی بار بین متقاضیان و ارائه دهندگان پاسخگویی بار می گردد. علاوه بر این، با ارائه چارچوب مناسب برای تسویه بازار پاسخگویی بار، مانند آنچه در این رساله ارائه گردیده است، علاوه بر افزایش مشارکت در برنامه های پاسخگویی بار می توان اثرات نامطلوب عدم قطعیت تولید بادی را به نحو مطلوبی کاهش داد.