روند هوشمندسازی شبکه و همچنین تجدیدساختار صنعت برق که زمینه ای برای حضور منابع جدید در سمت تولید و مصرف انرژی بوده اند، گامی موثر در افزایش بهره وری انرژی و صیانت از منابع موجود بوده است. در این میان ذخیره سازهای انرژی، منبعی مهم برای کاهش استفاده از منابع تجدیدناپذیر رو به کاهش به شمار می آیند. در همین راستا بررسی جنبه های مختلف به کارگیری منابع ذخیره ساز در کاربری های مختلف و مواجهه با چالش های آن ها، امری ضروری به نظر می رسد. از سوی دیگر، یکی از مسایل میان مدت سیستم قدرت، برنامه ریزی تعمیرات و نگهداری واحدهای تولیدی است که نیازمند بررسی جنبه های مختلف آن درحضور منابع جدید معرفی شده از قبیل ذخیره سازهای انرژی و یا پاسخ تقاضای مصرف کننده است که این موضوع، محور اصلی این پایان نامه است. در این پایان نامه، مدلسازی برنامه ریزی تعمیرات و نگهداری واحدهای تولیدی با در نظر گرفتن منابع ذخیره ساز انرژی ارائه شده است. همچنین برای حفظ اثر توالی زمانی مابین پریودهای بهره برداری که در شبیه سازی های با حضور ذخیره ساز مورد نیاز است، روشی جدید برای مدلسازی بار ارائه شده که توانایی نمایش مناسب رفتار شارژ و دشارژ منابع ذخیره ساز را دارد. مدل و روش ارائه شده بر روی شبکه های تست استاندارد معرفی شده، پیاده سازی شده اند. شبیه سازی ها در دو نمونه بررسی مدل های بار پیشنهادی و همچنین برنامه ریزی تعمیرات با حضور منابع ذخیره سازی انرژی انجام شده است. نتایج خروجی، نشان دهنده کارایی مدل بار پیشنهادی در نمایش مناسب ویژگی های منابع ذخیره ساز و همچنین کاهش هزینه ها و بهبود معیارهای مختلف تعریف شده در برنامه ریزی تعمیرات می باشد.

با توسعه و پیشرفت شبکه های هوشمند، اجرای بهینه برنامه های پاسخگویی بار در بهره برداری و توسعه سیستم توزیع، اهمیت ویژه ای یافته است. در این پایان نامه، روشی بهینه برای پاسخگویی بار زمان حقیقی شامل دو مرحله ، برنامه بازارگرا و برنامه شبکه گرا، در یک شبکه توزیع هوشمند ارائه می شود. مرحله اول، شامل برنامه پاسخگویی بار قیمت زمان حقیقی می باشد که قیمت گره ای زمان حقیقی و میزان بار ساعتی بهینه برای مصرف کنندگان در هر شین به صورت تعاملی بین مصرف کنندگان و شرکت برق تعیین می شود. برای تعیین میزان بار مصرف کنندگان ، در پاسخ به قیمت انرژی در هر ساعت از مفهوم الاستیسیته قیمتی تقاضا استفاده شده است. در مرحله دوم، در صورت عدم برقراری قیود بهره برداری، روشی برای اجرای بهینه برنامه های پاسخگویی بار زمان اضطراری بار ارائه شده است. در این مرحله، شرکت برق با دریافت اطلاعات مشترکین به منظور کمینه سازی هزینه برقراری قیود شبکه، بهترین ترکیب از بین پیشنهادهای کاهش و یا قطع بار مشترکین را می پذیرد. بدون از دست رفتن کلیت مسأله، از میان برنامه های پاسخگویی بار، در این مرحله فقط برنامه های پاسخگویی بار اضطراری و کنترل مستقیم بار در نظر گرفته شده است. پیاده سازی روش ارائه شده در محیط نرم افزار matlab برروی شبکه توزیع 33 باس و با لحاظ سناریو های متفاوت بهره برداری، کارآمدی مدل پیشنهادی را نشان داده است.

همزمان با پیچیده تر شدن سیستم قدرت، تجدید ساختار های ایجاد شده در آن و حرکت های نو صورت گرفته در راستای شبکه های الکتریکی هوشمند، استفاده از شبکه ی مخابراتی به عنوان بستر انتقال داده افزایش یافته است. مزایای فراوان سیستم های کنترل تحت شبکه سبب شده است تا به کارگیری آن ها در سیستم قدرت به عنوان یک ضرورت مطرح گردد. یکی از حوزه های مورد استفاده از سیستم های کنترل تحت شبکه در سیستم قدرت، پشتیبانی از سرویس های جانبی از جمله سیستم کنترل بار-فرکانس در محیط تجدید ساختار یافته می باشد. کنترل فرکانس– که به عنوان یکی از وظایف اصلی سیستم کنترل تولید خودکار شناخته می شود - یکی از مهم ترین مسائل کنترلی در طراحی و عملکرد سیستم قدرت بشمار می رود. در یک سیستم قدرت چند ناحیه ای بهم پیوسته، سیستم های کنترل تولید خودکار برای گروهی از نیروگاه ها طراحی و بکار گرفته می شود. نگه داشتن انحرافات فرکانس در محدوده مجاز و تبادلات توان بین نواحی کنترلی نزدیک به مقادیر برنامه ریزی شده ی خود دو وظیفه ی اصلی سیستم کنترل تولید خودکار می باشد. دریافت سیگنال از نواحی کنترلی و انتقال سیگنال های کنترلی کنترل تولید خودکار از طریق شبکه ی مخابراتی صورت می پذیرد. یکی از چالش هایی که در شبکه های مخابراتی برانگیخته می شود، تأخیر زمانی در ارسال و یا دریافت سیگنال های کنترلی است. تأخیر زمانی به گونه ای است که می تواند عملکرد سیستم کنترل بار-فرکانس را تحت تأثیر قرار دهد و یا حتی سبب ناپایداری سیستم قدرت گردد. در این پایان نامه، ابتدا به بررسی میزان تداخل و وابستگی بین نواحی کنترلی در سیستم قدرت چند ناحیه ای بهم پیوسته پرداخته شده است. با بررسی میزان تداخل و وابستگی بین نواحی کنترلی بر مبنای باند های گریشگورین در این پژوهش، این نتیجه حاصل شد که تداخل بین نواحی کنترلی در سیستم قدرت سنتی و تجدید ساختار یافته میزان قابل ملاحظه می باشد. از این رو، انتظار می رود تا با به کارگیری ساختار کنترلی توزیع شده بتوان عملکرد کنترلی سیستم کنترل تولید خودکار را بهبود داد. در ادامه، با ارائه ی دو روش کنترلی جدید به طراحی کنترل کننده ی مقاوم بر مبنای معماری کنترلی توزیع شده برای سیستم کنترل تولید خودکار پرداخته شده است. در روش کنترلی اول، اثر تداخلی بین نواحی کنترلی در سیستم قدرت چند ناحیه ای به صورت ورودی در معادلات حالت هر ناحیه ی کنترلی در نظر گرفته شده است. در این روش، قانون کنترلی در هر ناحیه ی کنترلی به گونه ای پیشنهاد شده است تا کنترل کننده در هر ناحیه، علاوه بر اطلاع از حالت های ناحیه ی کنترلی خود، از حالت های نواحی کنترلی مجاور خود نیز اطلاع داشته باشد و در نتیجه، کنترل کننده با اطلاعات بیشتر به کنترل سیستم بپردازد و بهبود بیشتری در پایداری و عملکرد سیستم ایجاد نماید. در روش کنترلی دوم، اثر تداخل بین نواحی کنترلی به عنوان اختلال در نظر گرفته شده است. ساختار کنترلی پیشنهادی در این روش به گونه ای است که با وارد نمودن اندازه ی تأخیر در مراحل طراحی کنترل کننده و همچنین، در نظر گرفتن ماتریس های وزنی مناسب ؛ ضمن کاهش محافظه کاری، عملکرد مقاوم بهتری را در مقایسه با دیگر کنترل- کننده های مشابه از خود نشان می دهد. به منظور نشان دادن کارایی روش های پیشنهادی، شبیه سازی هایی در سیستم قدرت سه ناحیه ای بهم پیوسته انجام خواهد شد. این شبیه سازی ها، در دو محیط سنتی و تجدید ساختار یافته سیستم قدرت انجام شده و در سناریوهای مختلفی از بار، تأخیر های زمانی مختلف و در حضور نامعینی های پارامتری در سیستم، به ارزیابی کمی و کیفی نتایج به دست آمده خواهیم پرداخت. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که رویکرد های پیشنهادی می توانند در برابر نامعینی های پارامتری، اختلالات وارد بر سیستم قدرت ناشی از تغییرات بار و در حضور هر نوع تأخیر زمانی ثابت و یا متغیر با زمان، در مقایسه با کنترلکننده های مشابه پیشنهادی در مقالات دیگر، رفتار دینامیکی و مقاومت بهتری را از خود نشان می دهد.

کلیدزنی انتقال یکی از عملیات های مهم در بهره برداری از سیستم قدرت است و از آن برای کاهش هزینه های بهره برداری سیستم قدرت استفاده می شود. از سویی، افزایش سطح رقابت در بازار، از دغدغه های بهره برداران بازار برق است و کاهش قدرت بازار یکی از راه های دستیابی به یک بازار با سطح رقابت بالاتر است. از آن جا که قدرت بازار با آرایش سیستم انتقال در ارتباط است، در این پایان نامه موضوع تأثیر کلیدزنی انتقال بر قدرت بازار و درنظرگرفتن این تأثیر در فرآیند کلیدزنی انتقال مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا به بررسی اثرات کلیدزنی انتقال روی قدرت بازار در سیستم قدرت، پرداخته شده است. به این منظور، مسأله مرز رقابت برای در نظرگرفتن کلیدزنی انتقال توسعه داده شده است. در این مسأله، حداقل و حداکثر hhi به عنوان شاخصی برای ارزیابی میزان تمرکز مالکیت در سیستم قدرت با توجه به قیود پخش توان dc در شبکه در قالب یک مسأله بهینه سازی درجه دو ارزیابی می شود. مسأله بیشینه سازی hhi یک مسأله بهینه سازی نامحدب است که این موضوع بدین سبب که hhi یک تابع درجه دوم از تولید واحدهای نیروگاهی است، ایجاد می شود. برای اطمینان از دستیابی به جواب بهینه سراسری در مسأله مرز رقابت توسعه یافته، hhi به صورت تکه ای خطی تقریب زده شده است. بدین ترتیب مسأله به صورت یک مسأله بهینه سازی خطی-عدد صحیح در می آید. اعمال مدل خطی-عدد صحیح به دست آمده بر روی شبکه های تست، نشان می دهند که کلیدزنی انتقال می تواند قدرت بازار را در یک سیستم قدرت تحت تأثیر قرار دهد. این اثرگذاری در مورد افزایش بیشینه hhi بیشتر است. به علاوه، این اثرگذاری در سطوح بار زیاد نیز بیشتر است. این موضوع نشان دهنده اثر نامطلوب کلیدزنی انتقال بر قدرت بازار، در صورت استفاده از آن بدون توجه به قدرت بازار است. در ادامه مدلی برای کلیدزنی دوره ای بهینه انتقال به عنوان ابزاری برای بهره بردار سیستم به منظور کاهش هزینه دوره ای بهره برداری شبکه با در نظر گرفتن وجود قدرت بازار بازیگران، ارائه شده است. این مدل یک مسأله بهینه سازی سه سطحی است. در سطح اول تصمیم به خروج خطوط برای کل دوره با هدف حداقل سازی هزینه های بهره برداری کل دوره، در ابتدای دوره اتخاذ می شود. در سطح دوم، مسأله حداکثرسازی سود مالکین با در نظرگرفتن قدرت بازار و در سطح سوم، مسأله تسویه بازار مدل شده است. به کمک قضیه دوگانی قوی و شرایط kkt، مسأله حداکثرسازی سود هر مالک به یک مسأله بهینه سازی مقید به قیود تعادل که یک مسأله بهینه سازی تک سطحی است تبدیل می شود. از کنار هم قرار دادن این مسائل بهینه سازی تمام بازیگران در کل دوره، یک مسأله تعادل مقید به قیود تعادل، به دست می آید که به صورت دسته ای از معادلات مساوی و نامساوی است. مدل تعادل حاصل شده، معادل قیود سطح دوم و سوم مسأله کلیدزنی بهینه دوره ای انتقال است که با جایگزینی، یک مسأله بهینه سازی یکسطحی به دست می آید. این مسأله بهینه سازی تک سطحی، به کمک تکنیک های خطی سازی، به فرم یک مسأله بهینه سازی خطی-عدد صحیح در آمده و بر روی یک شبکه تست اعمال شده است. نتایج، نشان می دهند که کلیدزنی دوره ای بهینه انتقال می تواند هزینه های بهره برداری کل دوره را با درنظر گرفتن قدرت بازار بازیگران، کاهش دهد. به علاوه، باعث کاهش قدرت بازار بازیگران در مقایسه با حالتی می شود که کلیدزنی انتقال انجام نشود.

ازجمله اصول اساسی در هر سیستم مدیریت انرژی، برقراری کارایی و برابری در تخصیص منابع است. در روش کلاسیک تخصیص منابع، با حداکثر کردن مجموع مازاد مشترکین به برقراری حداکثر کارایی ممکن پرداخته می شود. این روش از منظر برابری دارای ابهام می باشد. در این پایان نامه، هدف ارائه رویکردی است که بتوان از طریق آن به تخصیصی از منابع دست یافت که ضمن حصول حداکثر کارایی ممکن، به برقراری برابری نیز منجر شود. بر این اساس، تخصیص انرژی مصرفی برای خوشه ای از بارهای پاسخگو به قیمت (گروهی از بارهای مصرفی که در یک ناحیه جغرافیایی به کمک یک شبکه الکتریکی محلی به یکدیگر و به شبکه اصلی متصل شده اند) در یک سیستم مدیریت انرژی متمرکز تحت بررسی قرار می گیرد. در کنار هم قرار گرفتن اعضای یک خوشه و مدیریت انرژی متمرکز آن ها زمانی مطلوب خواهد بود که منفعت حاصله از کنار هم بودن برای اعضای خوشه، بیش از عملکرد مستقل آن ها از یکدیگر باشد. بنابراین مسأله مدیریت انرژی خوشه، ذاتاً یک بازی همکارانه است. بنابراین در این پایان نامه، مسأله مدیریت خوشه به صورت یک بازی همکارانه مدل می شود. نقاط تعادل بازی همکارانه از طریق یک مسأله بهینه سازی چندهدفه مقید به قیود بارها و قیود شبکه الکتریکی محلی به دست می آید. پاسخ حاصل از حل این مسأله بهینه سازی جبهه پارتویی خواهد بود که هر نقطه از این جبهه نمایش دهنده یک نقطه تعادل از بازی همکارانه است. در ادامه، با تعریف سه معیار حداقل فاصله (md)، حداقل مجموع نسبت ها (mnd) و حداقل مجموع تفاضل نسبت ها (mdnd)، به انتخاب نقطه تعادل با هدف دستیابی به تخصیص برابر پرداخته می شود. برای این منظور، مسأله به صورت یک مسأله بهینه سازی دوسطحی مدل می شود که در سطح اول مسأله بهینه سازی انتخاب نقطه تعادل و در سطح دوم مسأله بهینه سازی چندهدفه دستیابی به کل نقاط تعادل ممکن انجام می شود. بر این اساس، تخصیص انرژی مصرفی به بارها توسط سیستم مدیریت انرژی متمرکز به صورت کارا و برابر ممکن خواهد بود. مدل ارائه شده بر روی یک شبکه نمونه پیاده سازی شده و نتایج به دست آمده گویای مزیت های مدل ارائه شده برای مدیریت انرژی متمرکز خوشه ای از بارهای پاسخگو به قیمت می باشد.