امروزه با گسترش فن آوری های تولید انرژی، افزایش توجه به مسائل زیست محیطی و علاقه برای بهبود قابلیت اطمینان شبکه های الکتریکی، امکان و انگیزه ی لازم برای تغییر شبکه های توزیع از حالت غیر فعال به فعال و رغبت در تولید انرژی های تجدیدپذیر در سطح سیستم توزیع فراهم شده است. از سویی اتصال منابع تولید پراکنده به شبکه های توزیع کنونی، نیازهای فنی و اقتصادی سرمایه گذاران را برآورده نکرده است. در حالی که انتظار می رفت با افزایش ضریب نفوذ منابع تولید پراکنده کیفیت برق بهبود یابد، به دلیل نوسانات توان ناشی از تفاوت ولتاژ و فرکانس منابع انرژی تجدیدپذیر مختلف، نتایج عکس حاصل گردیده است. با وجود اینکه استفاده از منابع تولید پراکنده می تواند به صورت بالقوه ای نیاز برای گسترش شبکه های الکتریکی سنتی را کاهش دهد، اما کنترل تعداد زیادی از آن ها همراه بارهای کنترل پذیر باعث به وجود آمدن چالشی جدید در کنترل و عملکرد یک شبکه ی مطمئن و اقتصادی شده است. این چالش تا به یک اندازه به وسیله ریزشبکه ها با کاهش در مسئولیت کنترلی شبکه کاهش پیدا می کند و باعث می شود تا حداکثر بازده اقتصادی به دست آید. از این رو راه حل مناسب، ساخت شبکه های کوچک و مستقل از شبکه اصلی یا ریزشبکه ها می باشد[1]. نمایی از یک ریزشبکه ی نمونه به همراه قسمت های مختلف آن در شکل 1 نشان داده شده است. شکل1-1- نمایی از یک ریزشبکه نمونه[1] ریزشبکه ها می توانند ازطریق یک نقطه ی کوپلینگ مشترک به شبکه اصلی متصل شوند و یا به صورت مستقل از شبکه ی اصلی مورد بهره برداری قرار گیرند. طراحی اولیه ی ریزشبکه ها باید به نحوی باشد که در هنگام بهره برداری در حالت مستقل از شبکه اصلی، تعادل میان تولید و مصرف توان برقرار باشد. تحلیل پخش بار نیز برای سناریوهای مختلف طراحی باید انجام پذیرد تا از حفظ تنظیم ولتاژ مناسب اطمینان حاصل گردد. استانداردهای کنونی اجازه ی بهره برداری ریزشبکه ها در حالت مستقل از شبکه ی اصلی را نمی دهند. دلیل اصلی آن نیز مسائل ایمنی مرتبط با لحظه منفصل شدن از شبکه اصلی است. به عبارت دیگر، حالت گذرای ایجاد شده هنگام جزیره شدن ریزشبکه به خصوص هنگامی که ریزشبکه در حال تغذیه بار راکتیو محلی می باشد، می تواند امنیت هر دو سمت را به مخاطره بیاندازد. همچنین پیچیده بودن کنترل ولتاژ و فرکانس سمت ریزشبکه دلائل دیگری هستند که امکان جزیره شدن را با مشکل مواجه می سازند[2]. چنانچه ریزشبکه ها به طور صحیح ادغام و مدیریت شوند، می توانند کارآمدی سیستم را افزایش دهند. این افزایش کارآمدی شبکه قدرت نتیجه چهار علت اصلی خواهد بود[3]: پشتیبانی از نفوذ گسترده منابع تولیدپراکنده با مقیاس های کوچک، تسهیل نمودن ادغام منابع تجدیدپذیر با سایر منابع، کاهش قابل توجه تلفات سیستم وانتشارگازهای گلخانه ای، افزایش قابلیت اطمینان برق تولیدشده جهت عرضه به مصرف کنندگان. در نتیجه، رشد چشمگیری از اتصال ریزشبکه ها به سیستم های توزیع برق کنونی در آینده ای نزدیک مورد انتظار است. سیستم های ذخیره ی انرژی با ذخیره کردن انرژی الکتریکی در ساعت های کم باری و فروش انرژی ذخیره شده در ساعت هایی که قیمت برق بالا باشد، علاوه بر کسب سود قابل توجه، به کاهش پیک بار نیز کمک می کنند. همچنین استفاده از سیستم های ذخیره ساز انرژی به عنوان روشی موثر جهت از بین بردن اثرات منفی ماهیت تناوبی و غیر قابل پیش بینی توان تولیدی واحدهای بادی و خورشیدی مطرح می باشد[1]. با توجه به حضور منابع تجدیدپذیر مختلف در ریزشبکه ها و همچنین امکان حضور ریزشبکه ها در بازار برق، می توان نتیجه گرفت که ذخیره سازهای انرژی نقش مهمی در بهره برداری بهینه از ریزشبکه ها بر عهده دارند. یکی از مهم ترین سوالات در هنگام نصب ذخیره سازها، تعیین ظرفیت بهینه ی آن ها می باشد. تعیین ظرفیت بهینه ی ذخیره ساز ها جهت نصب در ریزشبکه ها کار دشواری می باشد. با توجه به ویژگی های مناسب باتری ها، در این پایان نامه روشی برای تعیین ظرفیت بهینه ی باتری جهت نصب در یک ریزشبکه پیشنهاد شده است. 1-2- مروری بر ریزشبکه ها در شبکه های سنتی برق، بخش توزیع، توان لازم جهت بار ها و مشتریان را تحویل می دهد. می توان گفت اولین نیازهای زیست محیطی شاید سرآغاز تفکر تجدید ساختار در شبکه های سنتی بود. این تفکر باعث به وجود آمدن ایده تأمین بار محلی و استفاده از منابع انرژی پراکنده را به وجود آورد. این تفکر به طورفزاینده ای به راه حلی مهم ولازم برای مقابله با چالش های متعددی که انرژی جهانی، اقتصاد، آلودگی محیط زیست، و امنیت را تحت تأثیر قرار می دهد تبدیل شد. این چالش ها از یک سو و از سوی دیگر رشد جمعیت، بازسازی شبکه های برق، قیمت سوخت های فسیلی و گرمایش جهانی، نیروهای محرک برنیاز و فرصت برای بهبودساختارتولید، انتقال و توزیع انرژی قابل اعتماد ومقرون به صرفه می باشند [2]. این امر در دهه گذشته، موجب افزایش قابل توجهی در تحقیق، توسعه و استفاده از سیستم های تولید پراکنده شده و چشم انداز تولید انرژی به استفاده از منابع انرژی پاک و تولید برق محلی نزدیک به مصرف کنندگان تغییر کرده است [3]. با توجه به این رویکرد، سیستم های قدرت در مقیاسی کوچک معرفی گردید که از منابع انرژی پراکنده (ders)، تشکیل شده و می تواند به تنهایی بار محلی را تأمین و یا جهت تبادل انرژی به شبکه متصل شود. تحقق بخشیدن به این راه حل جایگزین، با پتانسیل درحال رشد تولیدات و منابع انرژی پراکنده و بارهای مرتبط با آن به عنوان یک سیستم قدرت کوچک؛ به نام ریزشبکه معرفی و مفاهیم اولیه ریز شبکه به عنوان راهی برای مجتمع سازی منابع تولید پراکنده و با بهره وری بالاتر نسبت به نیروگاه های معمولی مطرح گردید [4-6]. در این مفهوم، ریزشبکه را می توان به عنوان یک شبکه فشار ضعیف (lv) تعریف کرد. به عنوان مثال، یک منطقه کوچک شهری، یک مرکزخرید، یا یک پارک صنعتی همراه با بارهای خود و چند سیستم کوچک مدولار تولید انرژی متصل به آن، که با ارائه توأمان توان الکتریکی و گرما (chp) به بارهای محلی ترکیبی به منظور افزایش قابلیت اطمینان سیستم در شبکهlv ایجاد می کند [7]. پس از تحقیقات متعدد در زمینه ریزشبکه ها در جهان و پیاده سازی طرح های آزمایشی در ادامه مفهوم دقیق تری از ریزشبکه بیان گردید، بدین صورت که ریزشبکه را به صورت مجموعه ای از بارها، منابع تولید پراکنده و تجهیزات ذخیره معرفی شد که می تواند به صورت یک بار قابل کنترل، ژنراتور و در کل یک سیستم قابل کنترل عمل کرده و توان و گرما را برای ناحیه محلی فراهم آورد [8]. این ریز شبکه می تواند به نیاز های توان، انرژی و خدمات مشتریان در ناحیه خود دست یابد. نیازهای توان می تواند شامل بار پایه، توان اوج، توان پشتیبان، توان نواحی دور افتاده و نیازمندی های انرژی نیز می توانند انرژی سرمایی و گرمایی باشد. منابع انرژی پراکنده می توانند دارایی شرکت برق از قبیل مزارع بادی، نیروگاه ها و سلول های خورشیدی و غیره باشند. در ریز شبکه نقش بار ها می تواند پررنگ تر باشد و در راهبردهای مدیریت انرژی سمت تقاضا از طریق سیستم های اندازه گیری هوشمند با بهره بردار ریزشبکه همکاری نمایند. همچنین در صورت برقراری اتصالات، ریز شبکه می تواند به شبکه اصلی یا ریز شبکه های دیگر توان دهد یا توان بگیرد. بسته به سطح نفوذ منابع انرژی پراکنده، دسترسی منابع، رفتار بار، قیود کیفیت و ساختار ریزشبکه، فرآیند طرح و برنامه ریزی ریزشبکه باتوجه به ویژگی های مولدهای تولید پراکنده،ویژگی بار، قیود کیفیت توان واستراتژی های مشارکت دربازار؛کنترل مورد نیاز و استراتژی های عملیاتی ریزشبکه ها می-تواند پیچیده و قابل توجه و حتی مفهومی متفاوت نسبت به سیستم های قدرت متعارف داشته باشد [9] و [10]. از دلایل و انگیزه های حرکت به سوی ریز شبکه ها می توان به بهره وری انرژی بالاتر، تنوع منابع انرژی، کاهش آلودگی های زیست محیطی به خصوص گاز ها، دسترسی به منابع تولیدی کوچک، سهولت یافتن مکان برای مولد های کوچک، زمان ساخت و هزینه سرمایه گذاری و بهره برداری کمتر و کاهش هزینه های انتقال در صورت نزدیکی به محل مصرف اشاره کرد. با توجه به مزایای ریزشبکه ها همانند کاهش هزینه انرژی، قابلیت اطمینان، راندمان و امنیت سیستم اهداف بین ریزشبکه و شبکه هوشمند مشترک و می توان گفت ریزشبکه ها بخشی از مفهوم شبکه هوشمند می باشد. جهت رسیدن به مفهوم شبکه هوشمند، شبکه در حال حرکت از مدل متمرکز کنونی به سمت ساختار سلولی و ارتباط هوشمند بین عناصر آن است که در این بین تولیدات پراکنده و ریز شبکه ها با کنترل هوشمند و مدیریت توان و انرژی جزیی از این مسیر خواهند بود. که به عنوان پایه های اولیه شبکه هوشمند به کار گرفته می شوند [11]. بیشترین مزیت سالانه استفاده از ریزشبکه ها کاهش آلودگی و سپس افزایش بازده انرژی است؛ و با توجه به اینکه ریزشبکه ها محدوده وسیعی از امکانات و تأسیسات را در بر می گیرند ریزشبکه ها می توانند در زمینه راندمان، کیفیت توان و صرفه جویی محیطی در توسعه اجتماعی نقش داشته باشند. مزایای استفاده از ریزشبکه از دیدگاه های مشتریان و شرکت های توزیع برق را می توان به صورت زیر جمع بندی کرد [12]: کاهش در هزینه انرژی و مدیریت تغییرات قیمت، کاهش تلفات سرمایه گذاری جهت توسعه بهبود قابلیت اطمینان و پروفیل ولتاژ سیستم و مشتریان افزایش امنیت سیستم و کیفیت توان توسعه و مجتمع سازی تکنولوژی های سبز و کاهش گازهای گلخانه ای راندمان بالاتر سیستم تحویل انرژی فراهم کردن سطوح و کیفیت متفاوت خدمات به مشتری 1-3- بهره برداری از ریزشبکه ها وضعیت های بهره برداری ریزشبکه، بسته به سطح تبادل توان بین ریزشبکه و شبکه اصلی به صورت ریزشبکه مستقل و متصل به شبکه طبقه بندی می گردد. در وضعیت مستقل هیچ گونه اتصالی بین ریزشبکه و شبکه اصلی وجود نداشته و ریزشبکه خود باید پایدار عمل کرده و تمامی قیود امنیت، کیفیت توان و قابلیت اطمینان را بدست آورد. در ریزشبکه های متصل به شبکه اصلی حداقل یک نقطه اتصال مشترک (pcc) با شبکه اصلی و یا یک ریزشبکه دیگر با کنترل مستقل دارد [8]. این دو وضعیت به عنوان سناریو های اصلی انتخاب بهینه ظرفیت و مشخصات ذخیره ساز انرژی در نظر گرفته شده اند. 1-3-1- ریزشبکه های متصل به شبکه در این ساختار، ریزشبکه می تواند برای جلوگیری از قطعی و حداکثر سازی بهره وری از منابع انرژی پراکنده به کار رود و با توجه به توانایی شرکت در بازار برق و خرید انرژی از شبکه اصلی و یا فروش انرژی به آن بتواند به حداکثر میزان سود و کاهش هزینه های بهره برداری خود برسد. افزایش بهره وری در بازار خدمات جانبی نیز مطرح می گردد. در این حالت ریزشبکه علاوه بر منابع خود، شبکه اصلی را نیز به عنوان پشتیبان در اختیار داشته و قابلیت اطمینان و پایداری ریزشبکه افزایش خواهد یافت. مزایای دیگر شامل مدیرت تقاضای بار و امکان عملکرد مستقل از شبکه در پاسخ به قیمت های انرژی و یا خطاهای شبکه اصلی می باشد. از دید دیگر این ریزشبکه علاوه بر مزایای خود برخی منافع شبکه بزرگ تر را نیز تأمین می کند که از جمله آن می توان به کاهش تلفات سیستم قدرت، مدیریت تراکم و کاهش تولید گازهای گلخانه ای و آلاینده اشاره کرد. از دید شبکه اصلی، ریزشبکه متصل به آن به صورت یک بار قابل کنترل و یا یک پروفیل تقاضای کنترل پذیر دیده می شود. این ریزشبکه ها می توانند جهت تأسیسات صنعتی و یا تجاری مانند پردیس های دانشگاهی، نواحی صنعتی، مراکز خرید و غیره مناسب باشد. مزیت اصلی در این نمونه ها کیفیت توان، بهبود قابلیت اطمینان و استقلال انرژی است [13]. 1-3-2- ریزشبکه های مستقل در این ساختار، ریزشبکه به صورت جزیره ای عمل کرده و کاملاً مستقل از شبکه های دیگر است و تمامی نیازهای بارهای محلی همانند تقاضای انرژی، کیفیت توان، قابلیت اطمینان و امنیت شبکه را خود تأمین می نماید. این ساختار بیشتر در مناطق دورافتاده جغرافیایی (که مثال بارز و کاربردی آن جزایر دور از ساحل هستند) و یا دسترسی به شبکه اصلی برای آن ها مشکل و یا هزینه بر است استفاده می-شود. بسته به شرایط محلی، ریزشبکه های مستقل معمولاً استفاده بیشتری از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند نیروگاه های آبی کوچک، سلول های خورشیدی و توربین های بادی می کنند. شاید معروف ترین این ریزشبکه ها ریز شبکه نصب شده در جزیره kythnos در یونان است که شکل (1-2) ساختار این ریز شبکه را نشان می دهد. این ریز شبکه در آینده نزدیک به شبکه اصلی متصل خواهد شد این ریزشبکه اولین ریزشبکه ای است که در آن از سیستم کنترلی چند عاملی (mas) استفاده شده است [7] و [14]. شکل (1-2): جا نمایی ریزشبکه جزیره kythnos 1-4- کنترل ریزشبکه ها به منظور عملکرد ریزشبکه در یک روش هماهنگ، ارائه یک تصمیم گیری متمرکز و یا غیر متمرکز به منظور تعادل عرضه و تقاضا از طرف منابع انرژی پراکنده، شبکه توزیع مهم است. در حال حاضر سطوح مختلفی از روش های کنترل غیر متمرکز وجود دارد که می تواند رویکرد های کنترلی کاملاً غیرمتمرکز تا روش های کنترلی متمرکز و سلسله مراتبی را پوشش دهد. ضرورت نیاز به کنترل مستقل در ریزشبکه را می توان به موارد ذیل خلاصه کرد [15-17]: هماهنگی منابع انرژی پراکنده و بارهای مختلف (مصرف کنندگان) را افزایش داده، و ایجاد بهره وری و ارائه فرصت های بهتر برای مدیریت شبکه است. مصرف کنندگان، صاحبان منابع انرژی پراکنده و شبکه ممکن است منافع مالی و عملیاتی مختلفی داشته باشند. برخی منافع ممکن است با وجود سیاست های مدیریت شبکه توزیع (dms)، مانند مدیریت تراکم، تعویق انداختن و سرمایه گذاری شبکه و غیره از ریزشبکه گرفته شود. مشکلات کنترل ریزشبکه را نیز می توان در موارد زیر خلاصه کرد: ساختار بازار و چارچوب های قانونی. تعداد زیاد از گره ها. این راه حل باید هزینه بسیارپایینی در هر گره داشته باشد. ریزشبکه شامل تمام عملیات های مشابه یک سیستم بزرگ است. سیستم شامل منابع مختلف تولید پراکنده ازفروشندگان مختلف و اصول عملکردی متفاوت است. به منظور کاهش هزینه ها زیرساخت های ارتباطی دردسترس باید مورد استفاده قرارگیرد. با وجود تمامی این موارد دو معماری کنترل که وجود دارند به صورت مختصر شرح داده می شود. در رویکرد متمرکز یک واحد پردازش مرکزی با جمع آوری تمام داده های اندازه گیری، تصمیم گرفته و عملیات مناسب را به اجرا می گذارد. رویکرد غیر متمرکز، نشان می دهد که کنترل کننده های پیشرفته نصب شده در هر یک از گره ها یک سیستم کنترل توزیع شده را تشکیل می دهند. 1-4-1- کنترل غیر متمرکز ریزشبکه ها با توجه به رویکردکاملاًغیر متمرکز، مسئولیت اصلی بر عهده کنترل کننده خود منابع تولید انرژی است که می بایست برای به حداکثر رساندن تولید و سود خود به منظور برآوردن تقاضای بارو حداکثرصادرات ممکن به شبکه با توجه به قیمت بازار فعلی عمل نمایند. این رویکرد برتکنولوژی کنترل سیستم های چندعاملی، mas استوار است. استفاده ازmas درکنترل ریزشبکه در جهت حل تعدادی ازمشکلات خاص عملیاتی است. اول از همه، منابع انرژی می توانند،صاحبان مختلف داشته باشند، که در این مورد تصمیم گیری های مختلفی باید به صورت محلی در نظر گرفته شود. علاوه براین، فعالیت ریزشبکه دربازار نیاز به عملیات کنترل ومشارکت هر واحد با درجه معینی از هوش دارد. درنهایت، واحدهای تولید پراکنده درکنارفروش برق به شبکه محلی وظایف دیگری مانند تولید حرارت، تنظیم ولتاژ و یا فرکانس به صورت محلی،ویا ارائه یک سیستم پشتیبان برای بارهای محلی مهم در صورت خرابی سیستم اصلی بر عهده دارند. در این ریز شبکه باید دارای سرعت پاسخ دهی موثر و مناسبی باشند. این نوع کنترل معمولاً نیاز به واحدهای تولیدی کوچک با واسط های الکترونیک قدرت برای پاسخ سریع دارد. این وظایف اهمیت و تفاوت اصلی کنترل توزیع شده را نشان می دهد.برای حالت کاملاً غیرمتمرکز مواردزیر بایددر نظر گرفته شوند: نیازی به ارسال برنامه ریزشبکه به اپراتورسیستم توزیع وجود ندارد،ازآنجا تنها محدودیت، گرفتن و یا ارسال انرژی به شبکه با محدودیت های فنی اتصال مطرح است. همچنین ریزشبکه باید با ساختارهای ارتباطی شرکت برق و یا iso مجتمع گردد. در ریزشبکه، masتنها نیاز به یک عامل اضافی نظارتی برای نظارت بر خرید و فروش و قیمت های برق و نیاز های پخش بار دارد. 1-4-2- کنترل متمرکز یا سلسله مراتبی به منظور دستیابی به مزایای کامل ریزشبکه، ادغام منابع انرژی کوچک خرد و اتصال آن ها به شبکه های lv، و ارتباط با شبکه mv بالادست، از اهمیت بسزایی برخوردار بوده و به منظور بهینه سازی بهره برداری از سیستم کمک شایانی خواهد کرد. برای این منظور یک معماری سلسله مراتبی سیستم کنترل شامل سه سطح کنترل، همان طور که در شکل (2-2) نشان داده شده است، نیاز است [18]. در این روش کنترل تولید، پخش بار، قطع بار و مدیریت خدمات جانبی توسط یک کنترل کننده مرکزی انجام می گیرد. کنترل کننده مرکزی می تواند مجازی یا فیزیکی باشد؛ در مدل فیزیکی یک واحد سخت افزاری مرکزی کنترل پخش توان لحظه ای و تنظیم ولتاژ و فرکانس را برای پخش توان اکتیو و راکتیو در وضعیت جزیره شده به عهده دارد. از معایب این طرح، هزینه واحد مرکزی و دشواری هماهنگ نمودن آن با تغییرات آینده بار و واحد های کوچک و اضافه شده است. در طرح کنترل کننده مجازی، سیگنال های وضعیت و دیتای تمامی منابع و بارها نمونه برداری شده و با جمع آوری اطلاعات یک واحد پخش توان مجازی ساخته می شود که رفتار ریزشبکه را کنترل می نماید. این فرایند مستلزم ایجاد سیستم ارتباطی ایمن و مطمئن است. همان طور که در شکل (1-3) مشخص است سه سطح کنترلی این ساختار به شرح زیر می باشند: کنترل کننده منبع (mc) و کنترل گر بار (lc) به صورت محلی کنترل گر مرکزی ریزشبکه (mgcc) سیستم مدیریت توزیع (dms) شکل (1-3): ساختار کنترل سلسله مراتبی و یا متمرکز ریزشبکه کنترل گر منبع از رابط الکترونیک قدرت در منابع کوچک استفاده می کند و با بهره از اطلاعات محلی، کنترل ولتاژ و فرکانس ریزشبکه رادر شرایط گذرا انجام می دهد. زمانی که ریزشبکه به شبکه اصلی متصل شده، mc با پیروی از دستورات mgcc بهینه سازی های برای تولید توان اکتیو و راکتیو، و در حالت بهره برداری جزیره ای ردیابی سریع بار را انجام می دهد. کنترل بار محلی (lc) در بارهای قابل کنترل نصب شده و مطالبات mgcc، از قبیل تحت سیاست های مدیریت سمت تقاضا (dsm) و یا قطع بار را انجام می دهد. کنترل گر مرکزی ریزشبکه برای به حداکثر رساندن درآمدها و بهینه سازی بهره وری آن است.کنترل گر از قیمت ها در بازار برق و درخواست احتمالی dsm برای تعیین میزان توان مورد نیاز از سیستم توزیع و بهینه سازی قابلیت های تولید محلی استفاده می کند. این فرایند ممکن است یک پیش بینی بار ساده (احتمالاً برق و گرما) و پیش بینی ظرفیت تولید توان باشد. سناریو بهینه سازی شده با کنترل منابع کوچک و بارهای کنترل پذیر در ریزشبکه با ارسال سیگنال های کنترلی در این زمینه به دست می آید. برای این منظور کنترل گر مرکزی می تواند بارهای غیرضروری را در مواقع ضروری قطع نماید تا ریزشبکه به صورت ایمن بکار خود ادامه دهد. علاوه بر این، نظارت بر میزان توان اکتیو و راکتیو اجزای ریزشبکه ضروری است. سیستم مدیریت توزیع کنترل مناطق توزیع شامل فیدرهای مختلف و از جمله چندین ریزشبکه را بر عهده دارد. توابع سنتی dms با ویژگی های جدید مربوط به بهره برداری از ریزشبکه ی متصل به فیدر هاو به طور کلی با افزایش نفوذ استفاده از منابع تولید پراکنده متناسب شده اند. در این پایان نامه ریزشبکه مدل شده دارای کنترل متمرکز می باشد [15]. 1-5- منابع انرژی در ریزشبکه ها منابع انرژی پراکنده (ders) واحدهای تولید و یا ذخیره انرژی در ریزشبکه می باشند. به طور کلی می توان این واحدها بر اساس ساختار و مشخصه آن ها به سه دسته تولیدات پراکنده (dg)، واحد های ذخیره انرژی پراکنده (des) و واحدهای با ترکیب این دو نوع دسته بندی کرد. واحد های تولید پراکنده را می توان از یک دیدگاه به دو دسته واحد های تولیدی با انرژی تجدیدپذیر و سوخت های فسیلی تقسیم بندی نمود. می توان از جمله dg های با سوخت فسیلی به میکروتوربین و دیزل ژنراتور و یا موتورهای گازسوز اشاره کرد که به صورت chp نیز مورد بهره برداری قرار می گیرند. این واحدها معمولاً جهت حفظ پایداری سیستم و کنترل فرکانس و ولتاژ با توجه به تقاضای سیستم عمل می کنند. البته از میکرو توربین ها به عنوان پشتیبان شبکه نیز استفاده می گردد. واحدهای تولیدی تجدید پذیر نیز از جمله توربین بادی، سلول های خورشیدی، سلول های سوختی و میکروتوربین های آبی هستند. توربین بادی و سلول های خورشیدی به دلیل ماهیت نوسانی و عدم کنترل منابع اولیه آن اغلب برای حداکثر کردن توان خروجی طراحی شده اند و کنترلی بر روی فرکانس و یا ولتاژ ندارند. سلول های سوختی نیز با توجه به ماهیت گران قیمت آن معمولاً به عنوان پشتیبان شبکه وارد مدار می گردند. این منابع معمولاً به وسیله واسط های الکترونیک قدرت به شبکه متصل می گردند و لذا با اضافه کردن یک ذخیره ساز و ایجاد یک منبع ترکیبی با کنترل پذیری بالاتر به کار آیند و دارای ترکیبی از ویژگی های خود، dg و des باشند. واحد های ذخیره پراکنده، انرژی را در زمان های مازاد برای استفاده بعدی ذخیره می نمایند. این منابع شامل انواع تکنولوژی های باتری، سوپرخازن ها و چرخ های طیار و غیره می باشند. البته ذخیره سازهای خاص مانند ذخیره کننده های حرارتی و ذخیره سازهای الکترومغناطیسی ابررسانا نیز جز این دسته قرار می گیرند. در حال حاضر استفاده از خودروهای الکتریکی نیز به عنوان بخشی از این منابع مورد مطالعه قرار می گیرند. در مدل سازی واحدهای موجود در ریزشبکه نمونه توضیحات تکمیلی ارائه شده و در بخش بعد به صورت مجزا به لزوم استفاده از des در ریزشبکه ها پرداخته می شود. شکل (1-4) انواع منابع استفاده شده در ریزشبکه ها را به عنوان نمونه نشان می دهد. شکل (1-4) ریزشبکه و منابع انرژی آن 1-6- لزوم استفاده از ذخیره سازهای انرژی در ریزشبکه ها با آغاز صنعت برق همواره ایده ذخیره سازی انرژی الکتریکی وجود داشته است. انرژی الکتریکی را می توان به صورت الکترومغناطیسی، الکترومکانیکی، جنبشی، و یا به صورت انرژی پتانسیل ذخیره نمود. دو عامل مشخص استفاده از فن آوری ذخیره سازی انرژی وجود دارد یکی مقدار انرژی است که می تواند در دستگاه ذخیره شود و دیگری سرعت انتقال انرژی به داخل و یا خارج دستگاه ذخیره سازی است. این عوامل به طور عمده به ویژگی های خود دستگاه ذخیره سازی بستگی دارد. برخی از انواع فن آوری های ذخیره سازی متداول و در دسترس، که قادر به تسطیح توان نوسانی و حفظ پایداری سیستم می باشند، شامل ابررسانا با ذخیره انرژی مغناطیسی ، چرخ طیار ، باتری، ذخیره انرژی هوای فشرده ، ذخیره سازی پمپ آبی و ابر خازن ها می باشد. مسائل اساسی استفاده از فن آوری های ذخیره-سازی شامل هزینه این فن آوری ها، بهره برداری و تعمیر و نگهداری مورد نیاز آن ها است [19]. باتری سرب اسید استفاده از باتری سرب اسید به اواسط قرن نوزدهم بر می گردد و ساختار و اصول کاری آن دچار تحول زیادی نشده است که از سرب اسفنجی به عنوان الکترود منفی و اکسید سرب به عنوان الکترود مثبت ساخته شده و اسید سولفوریک به عنوان الکترولیت آن به شمار می رود. نمونه ای از کاربردهای گسترده آن در سیستم های روشنایی و منبع تولید توان بدون توقف (ups) می باشد. این تکنولوژی در میان باتری ها دارای بیشترین رشد و توسعه است که از دلایل آن قیمت کم در مقایسه با سایرباتری ها می باشد، از مهم ترین معایب آن چگالی انرژی پایین، دشارژ خودبه خودی بالا، آلودگی محیطی بالا و وجود فلز های سنگین در ساختار آن، عمق تخلیه پایین (dod) و تعداد کم دفعات شارژ و دشارژ و به طبع عمر کمتر است. در تکنولوژی های جدید از جایگزینی سرب با مواد سبک تر مثل کربن به منظور افزایش چگالی توان و انرژی این نوع از باتری استفاده شده است [46] و [47]. در حالی باتری سرب اسید احتمالاً یکی از انتخاب ها برای همراهی با منابع کوچک تجدید پذیر باشد، به نظر می رسد که در سیستم های ذخیره سازی برای آینده ای نزدیک، فن آوری باتری های جدید درآستانه عملکرد اقتصادی و فنی فراتر از باتری های سرب اسید برای ظرفیت های بزرگ هستند. به عنوان یک نتیجه، این احتمال وجود داردکه در آینده نزدیک رغبت به استفاده ازفن آوری های باتری سرب اسید در تجهیزات ذخیره سازی درمقیاس کوچک بسیار کمتر خواهد بود [48]. با این حال تجزیه وتحلیل و استفاده از باتری های سرب اسید به عنوان مرجع و «پایه» فن آوری های ذخیره سازی الکتروشیمیایی انرژی الکتریکی مهم است و بررسی می گردد. باتری وانادیوم ریداکس شاید امیدوارکننده ترین فن آوری باتری ذخیره برای کاربردهای بزرگ ایستگاهی باتری های نوظهورجریان باشند. باتری های جریان از الکترولیت های مایع استفاده کرده که به وسیله پمپ از طریق یک محفظه مخصوص که شامل یک غشای تبادل یونی، و یا یک آرایه الکترود است عبور کرده و جریان الکتریکی را تولید می نماید. این ساختار تا حدی مشابه سلول های سوختی می باشد. شکل (1-5 ) ساختار این نوع باتری ها را نشان می دهد [44]. در بین باتری های جریان، باتری وانادیوم ریداکس پیشرفته ترین باتری است. مزایای اصلی این باتری جریان عبارتند از: 1) عمق بالا تخلیه (100%). 2) چرخه عمر بالا. 3) انعطاف پذیری در هر دو مشخصه توان و ظرفیت انرژی، توانایی تغییراندازه محفظه مخصوص و اندازه مخزن الکترولیت. 4) تعمیر و نگه داری بسیار پایین. 5) اندازه گیری راحت انرژی دشارژ شده در حالت تخلیه. 6) عدم وجود اجزای سمی و انتشار گاز های گلخانه ای پایین. 7) انعطاف پذیری شکل و اندازه ذخیره سازی الکترولیت. 8) دشارژ خودبه خودی ناچیز. 9) تولید هیدروژن ناچیز بدون تخلیه گاز و یا مورد نیاز تهویه. و از معایب اصلی آن را می توان به موارد زیر اشاره کرد: 1) وجود اجزای متحرک در ساختار آن. 2) چگالی انرژی پایین و حجیم بودن آن. شکل (1-5): ساختار باتری جریان باتری لیتیوم یون باتری لیتیوم یون (li-ion) در حال حاضریکی ازمحبوب ترین نوع از باتری برای وسایل الکترونیکی قابل حمل است که در آن یون های لیتیوم حامل جریان هستند، مهم ترین مزیت آن انرژی بالا نسبت به وزن، نداشتن اثر حافظه و دشارژ خودبه خودی پایین می باشد. به دلیل چگالی انرژی بالا در خودروهای هیبریدی و تجهیزات فضایی استفاده می شود و چگالی انرژی آن در مدل های خاص آن به مقدار wh/kg 200 نیز می رسد. از جمله معایب این باتری قیمت بالای آن برای کاربردهای گوناگون است. همچنین به دلیل مقاومت داخلی بالا در صورت بروز خطا افزایش دما رخ می دهد، بنابراین برای بهره برداری از این باتری باید یک سیستم مدیریت انرژی برای کاهش اثرات کاهش و افزایش ولتاژ، افزایش دما و افزایش جریان استفاده شود [47].جدول (1-1) مقایسه بین سه نوع باتری معرفی شده نشان می-دهد؛ و اطلاعات مربوط به مدل سازی آن ها را در اختیار قرار می دهد [1-8-49-50). جدول (1-1): مقایسه و اطلاعات باتری ها نوع باتری lab vrb li-ion c_p ($/kw) 0 426 0 c_w ($/kwh) 100 100 600 c_mf ($/kw) 0 0 0 c_mv ($/kwh) 2 0 20 بازده شارژ (%) 85 70 90 بازده دشارژ (%) 85 70 90 عمق تخلیه (%) 70 95 60 دشارژ خودبه خودی در ماه (%) 5 2 8 عمر (سال) 5 15 3 چگالی انرژی(wh/kg) 30 25 160 استفاده از باتری ها همواره به عنوان پشتیبانی در سیستم های الکتریکی مورد استفاده قرار گرفته و با گسترش استفاده از انرژی خورشیدی و بادی، کاربرد کنترلی نیز پیدا کرده و این منابع را از منابعی غیر قابل دیسپچ به منابعی با قابلیت برنامه ریزی و قابل دیسپچ تبدیل کرده است [19] و [20]. استفاده از باتری ها و منابع ذخیره کننده انرژی با آغاز تئوری های اولیه استفاده از منابع انرژی پراکنده و ریزشبکه ها همواره مد نظر بوده و به عنوان جزئی اصلی در اکثر مقالات به آن به مدل سازی آن پرداخته شده است. چرا که یکی از مزیت های مهم رشد سریع و استقبال از ریزشبکه ها کاهش آلاینده های زیست محیطی و حرکت به استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر و سبز است. با افزایش استفاده منابع تولید پراکنده تجدیدپذیر (باد، خورشید و ...) و به دلیل عدم قطعیت در خروجی این منابع، بهره بردار شبکه توزیع در مقوله خرید توان از این واحدها با مسائل عدیده ای روبرو است درحالی که می توان با استفاده از ذخیره سازها برآورد نسبتاً دقیقی از خروجی این واحدها داشت و تا حدود زیادی برنامه ریزی انجام شده توسط بهره بردار ریزشبکه برای خرید توان از این واحدها با مالکیت خصوصی با ضریب خطای کمتری همراه باشد، همچنین استفاده از منابع تولید پراکنده تجدیدپذیر نوسانات ولتاژ و فرکانس را افزایش می دهد که این باعث عدم تعادل بین تولید و مصرف می شود، همچنین به دلیل غیر یکنواخت بودن خروجی منابع تولید پراکنده تجدیدپذیر این واحدها باید به وسیله منابع انرژی با سوخت فسیلی و یا گران قیمت تر مانند سلول سوختی پشتیبانی شوند، به عنوان نمونه به ازای ضریب نفوذ %10 برای واحد بادی، توان متعادل سازی مورد نیاز که باید از طریق سایر تولیدات سنتی تأمین شود، برابر 4 - 2 درصد کل ظرفیت تولید واحدهای بادی شبکه است، این موضوع می تواند باعث پیچیده شدن بهره برداری از ریزشبکه شود، عامل دیگری که ریزشبکه را به سمت استفاده از ذخیره ساز در کنار منابع تولید پراکنده تجدیدپذیر سوق می دهد این است که، توان تولیدی این واحدها همانند واحد بادی در نیمه شب و واحد خورشیدی در ظهر، مقادیر بالاتری را داراست این موضوع با پیک بار شبکه توزیع که در ساعات متفاوت است هم خوانی ندارد [21] و [22]. در جدول (1-2) برخی از کاربردهای باتری برای منابع تولید پراکنده تجدید پذیر آورده شده است [23]. جدول (1-2):کاربردهای باتری برای منابع تولید پراکنده تجدیدپذیر کاربردهای کوتاه مدت کاربردهای بلند مدت - کاهش نوسانات خروجی - بهبود کیفیت توان - ذخیره انرژی مازاد - جلوگیری تجاوز از کمینه بار - کاهش تراکم خطوط انتقال - پشتیبان برای منابع بادی در زمان باد کم در حالت عادی کاهش تغییرات تولید و مصرف، مستلزم افزایش قیمت ها به دلیل افزایش نیاز به ذخیره چرخان است که این عامل خود موجب توجیه کارامدی و اقتصادی تر شدن استفاده از ذخیره سازی انرژی خواهد شد؛ و از این رو با منابع پراکنده ذخیره انرژی می توانند علاوه بر کاهش نوسانات تولید توان و افزایش قابلیت اطمینان و امنیت ریزشبکه به صورت ذخیره چرخان نیز در ریزشبکه ایفای نقش نمایند که خود از هزینه های بهره برداری ریزشبکه خواهد کاست. یکی دیگر از مزیت های مهم که در سال های اخیر در برنامه ریزی و مدیریت ریزشبکه ها مطرح است توجه به کاهش آلاینده ها از طریق استفاده از منابع ذخیره با آلایندگی پایین به عنوان منابع تولیدی در برنامه ریزی روزانه ریزشبکه است این کار با برنامه ریزی مناسب واحدهای سوخت فسیلی و منابع ذخیره انرژی پراکنده جهت کاهش تولید گاز های آلاینده خروجی از واحد های سوخت فسیلی امکان پذیر است. همچنین ذخیره کننده های انرژی در بهره وری اقتصادی ریزشبکه های متصل به شبکه اصلی بسیار موثر خواهند بود چرا که با برنامه ریزی مناسب می تواند با ذخیره انرژی مازاد ریزشبکه و یا در جهت کاهش هزینه تولید در ریزشبکه در ساعات خوش قیمت برق با شبکه اصلی انرژی تبادل نماید و در سودآوری ریزشبکه نقش داشته باشد. یکی دیگر از کاربردهای ذخیره سازها، کنترل بار فرکانس (lfc) سیستم از جمله در ریزشبکه ها است، این کاربرد در مواقعی که شبکه با نوسانات فرکانس مواجه است اهمیت پیدا می کند. در کنترل بار فرکانس که پایدارسازی فرکانس شبکه (gas) نامیده می-شود نیاز به ظرفیت پایین و متوسط ذخیره ساز است که در زمان یک یا دو ثانیه دشارژ انجام می گیرد. برخلاف واحد های نیروگاهی، مزیت باتری و ذخیره ساز های ویژه این کار این است که در زمان چند میلی ثانیه این کار را انجام می دهد [24] و [25]. همچنین bessمی تواند به عنوان واحد کنترل توان (upc) و یا کنترل کننده پخش بار در فیدر (ffc)با توجه به استراتژی های ریزشبکه به کار گرفته شود و در راستای افزایش کیفیت توان در ریزشبکه نقش موثری ایفا کند این نقش به واسطه استفاده از تجهیزات الکترونیک قدرت با هدف دستیابی به این اهداف است. ذخیره ساز انرژی در مواقع ضروری مانند جزیره شدن ریزشبکه نیز با توجه به سرعت تزریق انرژی به ریزشبکه می تواند در حفظ پایداری ولتاژ نیز موثر باشد. [26] و [27]. از دیگر مزیت های استفاده از ذخیره ساز که از دیر باز در شبکه ها مطرح بوده است پیک سایی و تسطیح بار در جهت افزایش ظرفیت عبوری از خطوط و کاهش هزینه های توسعه و مشکلات ناشی از پیک بار است در این حالت بار مصرفی به صورت محلی تأمین شده و از اشغال ظرفیت خطوط جلوگیری می شود این فرایند و مدیریت بهینه تجهیزات و موجب افزایش عمر استفاده از امکانات و تجهیزات به واسطه کاستن از پیک شبکه خواهد شد. در این پایان نامه ذخیره ساز جهت حضور در بازار برق و استفاده در جهت افزایش قابلیت اطمینان ریزشبکه مدل شده است. 1-7- مروری بر کارهای انجام شده از آغاز ورود مفهوم ریزشبکه به شبکه های توزیع در ساختار ها و مدل های مختلفی از ریزشبکه ارایه شد. در مدل های اولیه بیشتر ساختار پایه، مباحث کنترلی و مدیریت انرژی ریزشبکه مطرح شده است [28]. ارایه مدل های مدیریت و برنامه ریزی و عملکرد بهینه ریزشبکه نیز با کامل تر شدن مفهوم ریزشبکه در ادامه روند رو به رشد ریزشبکه و منابع انرژی پراکنده مورد مطالعه قرار گرفته اند. در سال2004 در مرجع [29] به کارگیری ساختار های ارتباطی بین منابع انرژی متنوع موجود در ریزشبکه با هدف حداقل سازی مصرف سوخت، تأمین تقاضای انرژی و توان ذخیره مطرح شده و مدل ریزشبکه بررسی شده در این مقاله فاقد ذخیره ساز انرژی است اما مسئله بهینه سازی ارائه شده پایه مطالعاتی بسیاری از مقالات دیگر قرار گرفته است. مسئله بهره برداری از ریز شبکه با در نظر گرفتن نقش ذخیره-ساز در سال 2004 در مرجع [30] یک روش مستقل کنترل برای ریزشبکه dc ارایه داده است. مدل سیستم متشکل از سلول خورشیدی، توربین بادی، واحد ذخیره سازی انرژی، چرخ طیار قدرت و شبکه ac متصل به واحد الکترونیک قدرت و واحد کنترل، است. در روش کنترل پیشنهادی در نظر گرفته شده هر واحد می تواند به صورت مستقل و بدون برقراری ارتباط هر یک از دیگر کنترل می شود. در این مقاله کنترل ذخیره ساز نیز مطرح گردیده است. در سال 2007 بهینه سازی بهره برداری از ریزشبکه بدون در نظر گرفتن تبادل توان با شبکه اصلی و برای دستیابی به تقاضای بار و رعایت محدودیت های منابع تولیدی بررسی شده است. همچنین در این مقاله هزینه های آلودگی محیطی منابع ریزشبکه به تابع هزینه بهره برداری اضافه شده است [31]. همچنین در مقاله ای مشابه مسئله مدیریت ریزشبکه با هدف حداقل سازی هزینه بهره برداری و کاهش سطح آلودگی با استفاده از بهینه سازی چندهدفه ارایه شده است. مدل ریزشبکه بررسی شده شامل دیزل ژنراتور، توربین بادی، سلول سوختی، سلول خورشیدی و باتری ذخیره است. برتری این مقاله نسبت به مقاله قبل بررسی تبادل توان با شبکه اصلی است. همچنین قیود و مدل مسئله کامل تر شده است [32]. در مقالات بعدی بیشتر مباحث کاهش آلودگی، قابلیت اطمینان، کیفیت توان، عدم قطعیت، و سایر پارامترهای دیگر ریزشبکه در بهره برداری از ریزشبکه مطرح شده است. بررسی عملکرد ریزشبکه های dc با حضور انباره های انرژی در [33] تشریح شده است. استفاده از باتری ها از آغاز همواره به عنوان پشتیبانی در سیستم های الکتریکی مورد استفاده قرار گرفته و با گسترش استفاده از انرژی خورشیدی و بادی، کاربرد کنترلی نیز پیدا کرده و این منابع را از منابعی غیر قابل کنترل به منابعی با قابلیت برنامه ریزی و کنترل تبدیل کرده است. از این رو بیشتر مقالات در زمینه ظرفیت بهینه ذخیره سازها به مباحث انرژی های تجدیدپذیر رجوع می کنند و کمتر مقوله ظرفیت بهینه در ریزشبکه ها مطرح شده است. به طور مثال در مراجع [19] و [34] به بهینه سازی اندازه bess در مزارع بادی و برنامه ریزی شارژ و دشارژ آن پرداخته است و مرجع [35] با بررسی اندازه انباره انرژی در شبکه هایی با منابع pv پرداخته است. برنامه-ریزی و هدف در این مقالات بر اساس جبران نوسانات خروجی توان در این سیستم ها بوده است و به مقوله سودآوری از طریق برنامه-ریزی و مشارکت در بازار پرداخته نشده است. استفاده از باتری ها و منابع ذخیره کننده انرژی با آغاز تئوری های اولیه ریزشبکه ها همواره مد نظر بوده و به عنوان جزئی اصلی در اکثر مقالات به آن پرداخته شده است که مرجع [7] در سال 2006 به عملکرد کنترلی ریزشبکه مستقل پرداخته و از bess به عنوان عاملی در جهت بهبود عملکرد، پایداری و کنترل ریزشبکه استفاده نموده است. در همین سال یکی از اولین مقالات در زمینه بهینه سازی ظرفیت ذخیره سازها در ریزشبکه مرجع [36] است که این مقاله بر اساس روش شبیه سازی مونت کارلو برای برآورد مدت زمان وقفه در باس بار های ریزشبکه برای تعیین و بررسی میزان ذخیره سازی مورد نیاز استفاده نموده است و ماهیت محدود بودن انرژی در ذخیره-ساز برای ارزیابی قابلیت اطمینان در نظر گرفته شده است. در سال 2010 نیز با استفاده از الگوریتم های تکاملی مقاله ای جهت ظرفیت بهینه منابع پراکنده در ریزشبکه مستقل ارایه شده است. این مقاله با در نظر گرفتن حداقل سازی هزینه سرمایه گذاری به عنوان تابع هدف به این مهم پرداخته است این مقاله مدل کاملی برای توربین بادی و سلول خورشیدی معرفی نموده اما مدل آن برای ذخیره ساز با نواقصی همراه است [37]. در پایان دو مراجع [1] و [8] به صورت اختصاصی به مسئله بهینه سازی bess در ریزشبکه ها با در نظر گرفتن برنامه ریزی بهینه برای ریزشبکه پرداخته اند. مرجع [1] یک روش را برای تخصیص بهینه و تجزیه و تحلیل اقتصادی ازسیستم ذخیره سازی انرژی بر اساس ارزش خالص فعلی منابع انرژی پراکنده ارایه داده است.برای بهینه سازی استراتژی های عملکرد ریزشبکه وظرفیت ess درآن، سود مالی و مدل های پویا essمورد بحث قرار گرفته است و با الگوریتم ژنتیک بهینه سازی انجام گرفته است. این مقاله هزینه سرمایه گذاری کلیه منابع ریزشبکه را لحاظ نموده است و در مدل آن توربین بادی حضور ندارد. در مرجع [8] نیز با ارایه مدل های منابع علاوه بر هزینه های ریز شبکه، مسئله عدم قطعیت تولید منابع را نیز لحاظ نموده و در دو حالت ریزشبکه مستقل و متصل به شبکه اصلی بررسی نموده است. این مقاله با استفاده از روش برنامه-ریزی خطی همراه با اعداد صحیح استفاده کرده است. تاثیر عدم قطعیت توان بادی بر برنامه ریزی و بهره برداری سیستم در مقالات متعددی مورد مطالعه قرار گرفته است.در ]40و41[ نویسندگان از یک توزیع ساده سرعت باد که تنها با میانگین ریاضی سرعت باد پارامتربندی شده است،برای ارزیابی میزان توان بادی یک محل استفاده کرده اند. یک روش تحلیلی با جزئیات که از میانگین حسابی،میانگین ریشه و میانگین مکعب سرعت باد به منظور تخمین قدرت خروجی متوسط سالانه توربین های بادی استفاده می کند، در ]42[ آمده است.مرجع ]43[ یک فرایند سه پله ای بر اساس الگوریتم ژنتیک وتئوری تصمیم ارائه می دهد، تا بهترین محل و اندازه تولیدات پراکنده را با در نظر گرفتن عدم قطعیت در قدرت تولیدی توربین های بادی برقرار سازد. در بین مقالات ارایه شده در این زمینه ظرفیت بهینه ذخیره ساز مقالات مرجع ]1[ و ]8[ داری مدل کامل تر و مولفه های بیشتری می-باشند. همچنین ریزشبکه مدل شده داری منابع متنوع انرژی بوده و با ساختار های متداول امروزی ریزشبکه تطابق بیشتری دارند. در این پایان نامه ضمن پیاده سازی مقاله مرجع اهداف زیر دنبال می گردند: کاهش هزینه های بهره برداری از ریزشبکه استفاده بهینه از منابع انرژی افزایش سودآوری در ریز شبکه مدل سازی عدم قطعیت منابع تولید پراکنده این اهداف در دو سناریوی مختلف پیاده سازی خواهند شد. 1-8- اهداف پروژه با توجه به حضور منابع تجدیدپذیر مختلف بادی و خورشیدی در ریزشبکه ها و همچنین امکان حضور آن ها در بازار برق، می توان نتیجه گرفت که ذخیره سازهای انرژی نقش مهمی در بهره برداری بهینه از ریزشبکه ها بر عهده دارند. اما یکی از مهم ترین سوالات در هنگام نصب ذخیره سازها، تعیین ظرفیت بهینه ی آن ها می باشد. تعیین ظرفیت بهینه ی ذخیره ساز ها جهت نصب در ریزشبکه ها کار پیچیده ای می باشد. این مسئله جهت بهینه سازی به صورت یک مدل خطی درآمده و توسط حل کننده cplex حل شده است. اهداف اصلی این پروژه به طور کلی شامل موارد زیر است: مدل سازی یک ریزشبکه در حالت متصل به شبکه و جدا از آن تعریف خطاهای پیش بینی توان تولیدی واحدهای بادی و خورشیدی مدل سازی ذخیره ساز انرژی مورد استفاده در ریزشبکه تعیین ظرفیت بهینه ذخیره ساز انرژی در یک ریزشبکه برنامه ریزی تولید و مصرف انرژی منابع مورد استفاده در ریزشبکه

در این پایان نامه به ارائه یک سیستم مدیریت انرژی هوشمند (sems)، به منظور بهره برداری بهینه از ریز شبکه پرداخته شده است. سیستم مدیریت انرژی هوشمند (sems) از واحد پیش بینی قدرت، سیستم ذخیرهساز انرژی (ess)، واحد مدیریت و واحد بهینهسازی تشکیل شده است. مشخصه خروجی فتوولتائیک (pv) در شرایط آب و هوایی مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. با مدیریت هوشمند از ess، توزیع بار اقتصادی و بهینه سازی عملکرد تولیدات پراکنده (dg)، به مسئله بهینه سازی در سیستم مدیریت انرژی هوشمند پرداخته می شود. در نهایت، توسط الگوریتم های ژنتیک (ga) و ازدحام ذرات (pso) ماژول بهینه سازی برای دستیابی به یک روش عملی برای مدیریت بار شرح داده شده است، که شامل سه سیاست بهره برداری مختلف و نمودارهای تولید از مولدهای پراکنده است. بنابر این با سیاست هایی که در نظر گرفته شده است، نمودارهای تخصیص توان در ساعت های مختلف، توسط منابع تولید پراکنده مشاهده می شود. با توجه به تفاوت قیمت انرژی در ساعت های مختلف و همچنین قیمت انرژی بازار آزاد، ریزشبکه با در نظر گرفتن شرایط منابع تولید پراکنده به تامین بار مورد نیاز می پردازد. همچنین با برنامه ریزی های انجام شده توسط سیستم مدیریت انرژی هوشمند، هزینه های روزانه بهره برداری ریزشبکه و درصد میزان کاهش هزینه ها در سیاست های مختلف با توجه به الگوریتم های بهینه سازی، ارائه شده است. که نشانگر کارایی بهتر و سرعت بالاتر نتایج توسط الگوریتم ازدحام ذرات است. کلمات کلیدی: شبکه هوشمند، ریزشبکه، بهره برداری، بهینه سازی

در این تحقیق بررسی عملکرد های فنی، اقتصادی و محیط زیستی سیستم تولید پراکنده مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. توابع هدفی نظیر قابلیت اطمینان، ضریب نفوذپذیری(فروش توان اکتیو)، تلفات و هزینه های زیست محیطی در کنار قید هایی فنی، نظیر محدودیت های ولتاژی در نظر گرفته شده اند. در نهایت تصمیم گیرنده یک جواب قطعی ندارد، بلکه نقاط بسیاری در محدوده مجاز از توابع هدف در دست دارد. مسئله به روش بهینه سازی چند هدفه حل شده است و مجموعه جواب ها مورد تحلیل و آنالیز قرار گرفته اند و سناریو های مختلف ارزیابی شده اند و در پایان مکان یابی و اندازه بهینه برای تولیدات پراکنده ارائه شده اند.

یکی از اساسی¬ترین مسائل در شبکه¬های انتقال و توزیع انرژی الکتریکی، انرژی تلف ¬شده در مسیر رساندن انرژی به مشترکین است. این میزان انرژی حدود 10% تا 15% انرژی تولید شده در نیروگاه را شامل می¬شود که علاوه بر هزینه بالای تولید آن معضلات دیگر از قبیل آلودگی¬های زیست محیطی و مصرف منابع انرژی را به همراه دارد. از اینرو روش¬های مختلفی برای کاهش و حداقل کردن این تلفات در شبکه¬های مختلف بکار گرفته شده است. بطور کل می¬توان روش¬های موجود برای کاهش تلفات را به سه دسته کلی تقسیم¬بندی نمود. دسته اول روش¬هایی هستند که بر اساس تغییر در مسیر عبور توان اکتیو باعث کاهش تلفات می¬شوند. دسته دوم روش هایی هستند که با کاهش میزان توان راکتیو عبوری از خطوط دامنه جریان را کاهش داده و باعث کاهش در تلفات می¬شوند. دسته سوم روش¬هایی هستند که همزمان از هر دو روش عنوان شده برای کاهش تلفات استفاده می¬کنند. از ابزار مورد نیاز برای این تغییرات و کاهش تلفات می¬تواند به تغییر آرایش شبکه توزیع در سطوح مختلف بار، استفاده از بانک¬های خازنی، عناصر facts، منابع تولید پراکنده (dg) و ... اشاره کرد. منابع تولید پراکنده یکی از مهمترین ابزارها برای کاهش تلفات (علاوه بر منافع دیگری که برای شبکه¬های قدرت بهمراه دارد) در سطح شبکه توزیع است که عمدتاً با تاثیر در مسیر عبور توان اکتیو باعث کاهش قابل ملاحظه تلفات در شبکه توزیع گردد. در بعضی از انواع این نوع منابع مانند میکروتوربین¬ها که قابلیت تولید توان راکتیو نیز دارند می¬توانند علاوه بر تاثیر در مسیر توان اکتیو، توان راکتیو کشیده شده از شبکه بالادست را نیز کاهش داده و تلفات را بصورت مثبت تحت تاثیر قرار می¬دهند. با این حال قرارگرفتن هر نوع dg در محل نامناسب و اندازه تولید نامناسب می¬تواند نتیجه¬ای عکس دربر داشته باشد. از اینرو تعیین اندازه و محل مناسب قرار گیری dg یکی از مهمترین مسائل مربوط به حضور منابع تولید پراکنده در شبکه¬های توزیع است. از طرفی انتخاب درست محل و اندازه توان تولیدی dg رابطه مستقیم با میزان بار دارد. از اینرو اطلاع دقیق از میزان بار در هر لحظه، می¬تواند عملکرد منابع تولید پراکنده را به نحوی تعیین نماید که در هرلحظه، شبکه¬ای با کمترین میزان تلفات در دسترس باشد. با توجه به اینکه محل dg بر اساس اطلاعات کلی بار تعیین می¬شود تعیین اندازه بهینه میزان تولید تاثیر چشمگیری در بهره¬برداری بهینه از شبکه توزیع خواهد داشت. لذا داشتن اطلاعات دقیق از میزان مصرف در هر لحظه می¬تواند نقطه کار شبکه را به محل بهتری رهنمون سازد. البته باید درنظر داشت که تغییر در میزان تولید dg در هر لحظه نیاز به دینامیک سریع منبع تولید پراکنده دارد که در این زمینه نقطه کار منابعی مانند میکروتوربین¬ها را می¬توان با تغییرات بار در بهترین شرایط و در سریعترین زمان تغییر داد. برای اطلاع دقیق از میزان بار نیاز است که وضعیت شبکه در هر لحظه پایش شده و اطلاعات آن به بهره-برداران شبکه ارسال شود. شبکه هوشمند که از آن به عنوان شبکه¬ای برای آینده یاد می¬شود با استفاده از زیرساخت¬های مخابراتی قوی این امکان را در اختیار بهره¬برداران شبکه قرار می¬دهد تا در هر لحظه با تبادل دوطرفه اطلاعات بین مشترکین و تولیدکنندگان از وضعیت شبکه مطلع بوده و با توجه به این اطلاعات، بهترین بهره¬برداری را از منابع موجود انجام دهند و نقطه کار شبکه را در بهینه¬ترین حالت آن قرار دهند. نظر به حرکت شبکه¬های فعلی به سمت این نوع شبکه¬ها نیاز است که مطالعات دقیقی در این زمینه انجام گیرد و عملکرد شبکه در حضور تجهیزات شبکه هوشمند مورد ارزیابی قرار گیرد. در این پایان¬نامه چگونگی تاثیر منابع تولید پراکنده در کاهش حداکثری تلفات و تاثیر وجود شبکه¬های هوشمند بر روند کاهش تلفات با استفاده از منابع تولید پراکنده با جزئیات بالا بررسی می¬شود. در این پایان¬نامه مقایسه بین کاهش تلفات در شبکه فعلی و شبکه هوشمند بطور منصفانه و با درنظرگیری بیشترین حالات ممکن مورد ارزیابی قرار می¬گیرد. با توجه به اینکه هدف پایان¬نامه ارزیابی تاثیر شبکه¬های هوشمند بر روند کاهش تلفات است لذا انتخاب بهینه محل dg جزء این پایان¬نامه نبوده و تمرکز بر تعیین اندازه بهینه dg و به عبارت دیگر برنامه¬ریزی بهینه منابع تولید پراکنده است. برای تعیین اندازه بهینه تولید توان dg از روش بهینه سازی tlbo که یک روش تکاملی قوی است استفاده شده است و نتایج آن با روش pso مقایسه می¬شود. سیستم نمونه انتخابی یک سیستم 69 باسه شعاعی است که در بسیاری از مطالعات شبکه توزیع در مقالات معتبر مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج تاثیر چشمگیر شبکه¬های هوشمند را بر کاهش تلفات نشان می¬دهد.

در این پایان نامه به بررسی اثر قیمت زمان واقعی بر برنامه ریزی احتمالاتی مشارکت بارهای خانگی می پردازیم. این برنامه ریزی برای تعیین زمان استفاده از وسایل پاسخگو و نیز بازه های شارژ و دشارژ خودروهای برقی با هدف کاهش هزینه مشتری برای روز بعد طرح ریزی می شود. اطلاع از میزان مصرف انرژی بار های خانگی در هر ساعت اهمیت بسزایی در برنامه ریزی دارد و این امر با مدلسازی تقاضای انرژی بارها و خودروهای برقی امکان پذیر می باشد. مدلسازی بر اساس مشخصات بارهای شرکت کننده در برنامه ریزی انجام می شود. همچنین با توجه به این که برخی از مشخصه های خودروهای برقی وابسته به رفتار مصرف کننده و عوامل غیر قابل پیش بینی است، این مشخصه ها توسط تابع توزیع نرمال مدل سازی می شوند. از سوی دیگر الگوریتمهایی جهت مدلسازی تقاضای انرژی بارها طراحی می شود. پس از مدلسازی، برنامه ریزی احتمالاتی مشارکت بارها با بهره گیری از الگوریتم های بهینه سازی اجرا و الگوهای بهینه ی عملکرد لوازم خانگی و شارژ و دشارژ خودروهای برقی تعیین می گردند.