مسئله برنامه ریزی توسعه ی تولید نقش مهمی را در فعالیت های برنامه ریزی سیستم های قدرت ایفا می کند. در سال های اخیر با توسعه ی تجدید ساختار در صنعت برق، این مسئله ابعاد جدیدی یافته است که بر پیچیدگی های آن می افزاید. این مسئله در محیط جدید چالش های متفاوتی را در خصوص تأمین اهداف راهبردی بازار برق و همچنین دستیابی به حداکثر سود در طول دوره برنامه ریزی پیش روی مدیران بازار و تولیدکننده های مستقل قرار داده است. تجربیات بدست آمده در برخی بازارهای برق نشان می دهد که تکیه کامل به مکانیزم های بازار بدون نظارت یک نهاد مدیریت مرکزی ممکن است منجر به نتایج مخاطره آمیزی در حوزه ی سرمایه گذاری در سیستم قدرت گردد. این رساله به بررسی مسئله تصمیم گیری در خصوص سرمایه گذاری های چند مرحله ای در حوزه ی ظرفیت تولید در سیستم های قدرت تجدید ساختار شده می پردازد. در این رساله مدلی تحلیلی برای مطالعه مسئله از دیدگاه یک نهاد مدیریت مرکزی ارائه شده است. هدف از این تحقیق ایجاد یک تعادل دینامیکی بین عرضه و تقاضای انرژی از طریق تنظیم برنامه ریزی در طول دوره ی مطالعه است بگونه ای که سود مورد نظر کلیه تولیدکننده های جدید تأمین شده و نیز اهداف راهبردی بلند مدت بازار برق نیز رعایت گردد. برای دستیابی به این اهداف، در این رساله عدم قطعیت های بار و ظرفیت تولید توسط دو فرایند تصادفی مدل سازی گردیده است؛ همچنین با استفاده از یک مدل ساده و کارآ برای قیمت بازار، پویایی قیمت بازار و همچنین ارتباط متقابل آن با نتایج برنامه ریزی توسعه در نظر گرفته شده است. مدل تحلیلی ارائه شده در این رساله می تواند توسط نهاد تنظیم بازار به منظور دستیابی به برخی رهنمودها برای تنظیم و یا اتخاذ سیاست های مناسب برای اصلاح برنامه ریزی دراز مدت توسعه ی تولید در بازار برق مورد استفاده قرار گیرد.

برنامه ریزی توسعه ی تولید اولین گام در برنامه ریزی سیستم قدرت است که به منظور برنامه ریزی احداث انواع واحدهای تولید توان در یک بازه ی بلند مدت، با هدف حداقل کردن هزینه ی مسأله انجام می گیرد. با گسترش روزافزون مصرف برق و توسعه ی صنعتی، برنامه ریزی برای توسعه ی سیستم تولید توان بیش از پیش مورد نیاز است. در این میان، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر با توجه به مزیت های قابل توجه آن روز به روز در حال افزایش است، که استفاده از نیروگاه های بادی با توجه به امکان تولید توان در حجم بالاتر، ارزان تر بودن و امکان بیشتر دسترسی به آن در سطح وسیع تر به لحاظ جغرافیایی، اهمیت بیشتری یافته است. با توجه به ماهیت تصادفی سرعت باد، باید مدلی چند حالته برای در نظر گرفتن این واحدها در مسأله ی برنامه ریزی توسعه تولید استفاده کرد. در این راستا، نحوه ی در نظر گرفتن مدل توان خروجی نیروگاه های بادی برای یک بازه ی بلند مدت، از مقالات استخراج شده است. در این پژوهش از الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی مسأله استفاده شده است. در پژوهش حاضر، برنامه ریزی توسعه ی تولید با حضور نیروگاه های بادی در روند برنامه ریزی مورد مطالعه قرار گرفته است؛ به این ترتیب که، با توجه به رشد روز افزون صنعت ساخت واحدهای مزارع بادی و کاهش هزینه ی احداث این نیروگاه-ها، به ازای هر کیلو وات توان بادی، حساسیت مسأله ی برنامه ریزی توسعه ی تولید به تغییر این هزینه بررسی شده است. نتایج نشان می دهد، به ازای کاهش 10 درصدی هزینه ی سرمایه گذاری اولیه ی نیروگاه های بادی، می توان طرحی را یافت که در عین استفاده از ظرفیت باد، نسبت به حالت بدون استفاده از باد، قیمت تمام شده ی کمتری داشته باشد. همچنین با توجه به اهمیت حداکثر مقدار استفاده-ی ممکن از نیروگاه های بادی در طرح های توسعه ی تولید با شرط برآورده شدن قیود، مسأله به ازای مقادیر مختلف نفوذ باد در سیستم تولید بررسی شده است و حداکثر مقدار ممکن نفوذ باد در سیستم تولید محاسبه شده است. به دلیل وجود رژیم های مختلف باد، تأثیر رژیم باد قوی و ضعیف در مطالعات برنامه ریزی توسعه ی تولید نیز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده، نشان می دهد به ازای استفاده از رژیم های باد قوی تر، حداکثر مقدار استفاده از ظرفیت باد در سیستم تولید افزایش می یابد.

صنعت برق به خاطر نیاز مبرم به منابع انرژی جدید در حال دگرگونی است؛ که دلیل عمده آن بازده کم منابع انرژی فسیلی و تداوم نداشتن آن ها و نیز آلودگی های زیست محیطی ناشی از آن ها است. در همین راستا توجه زیادی به تولید انرژی در سطح ولتاژ توزیع و به صورت محلی در مقیاس های کوچک، با استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر، مانند انرژی باد، سلول های خورشیدی، گاز طبیعی، بیوگاز، پیل های سوختی، انرژی امواج و ... شده است. در نتیجه، شبکه های توزیع فعلی در حال گذر از وضعیت غیرفعال که الکتریسیته را در یک جهت انتقال می دهند؛ به شبکه های توزیع فعال با انتقال الکتریسیته در دو جهت هستند. این نوع شبکه ها طبیعتاً دارای ساختار بسیار پیچیده تری نسبت به شبکه های فعلی بوده و نیاز به سیستم های کنترلی هوشمند و انعطاف پذیری دارند. مسئله مدیریت بهینه منابع در یک ریزشبکه مورد توجه گسترده ای قرارگرفته است. به همین دلیل در این پایان نامه، مسئله مدیریت انرژی ، به منظور کمینه کردن هزینه و آلودگی با استفاده از سازوکار چند تعرفه ای بررسی شده است. چند تعرفه ای بودن به این صورت است که ما در هر ساعت از یک تعرفه خاص برای خرید انرژی با شبکه توزیع بالادست استفاده می کنیم. علاوه بر این به دلیل ماهیت نوسانی و تغییرپذیر واحدهای تجدید پذیر و تغییرات بار شبکه، لازم است عدم قطعیت این پارامترها در مسئله مدیریت انرژی لحاظ شود. به همین دلیل، عدم قطعیت در ریزشبکه در نظر گرفته شد. مسئله با دو الگوریتم بهینه سازی جهش قورباغه و کلونی زنبورعسل حل شد. نتایج نشان دادند در حالتی که عدم قطعیت را در نظر می گیریم، هزینه و آلودگی در ریزشبکه کاهش می یابند.

در دهه های گذشته، تعداد زیادی از کشورها اقدام به تجدیدساختار و خصوصی سازی در بخش های مختلف صنعت برق خود نموده اند، که چالش ها و مشکلات متعددی را نیز به همراه داشته است. پیش از اقدام به تجدیدساختار، امکان رقابت آزاد در بازار برای بازیگران وجود نداشت و قیمت برق توسط نهاد های دولتی و قانون گذار بر اساس قیمت تولید، انتقال و توزیع توان مشخص می شد. بنابراین هیچ جهش قیمتی نیز وجود نداشت. به عبارتی جهش های قیمت نتیجه ی تلاش بازیگران بر سر کسب سود بیشتر است. تاکنون روش های زیادی برای پیش بینی قیمت نرمال برق در بازارهای تجدید ساختار به کار گرفته شده است اما به پیش بینی جهش قیمت چندان توجهی نشده است. به طور کلی پیش بینی جهش قیمت دارای دو مرحله است. اول پیش بینی وقوع جهش و سپس پیش بینی مقدار آن. در این پایان نامه روش های مختلفی برای این مهم آزموده شده اند که علاوه بر روش های پیش از این، روش های جدیدی را نیز، چه در زمینه ی پیش بینی وقوع و چه در پیش بینی مقدار جهش در بر می گیرد. همچنین در این پایان نامه روش جدیدی نیز برای پیش پردازش داده ها برای بهبود عملکرد پیش بینی جهش های قیمت به کار گرفته شده است.

امروزه در اغلب کشورها، سیستم های قدرت تحت فرآیند تجدید ساختار قرار گرفته اند. یکی از مهم ترین اهداف تجدید ساختار سیستم های قدرت، بالا بردن راندمان اقتصادی در مراحل برنامه ریزی و بهره برداری سیستم قدرت است. از سوی دیگر به دلیل ملاحظات زیست محیطی و آثار نامطلوب سیستم های قدرت بر محیط زیست، تولید انرژی الکتریکی از طریق منابع تجدید پذیر رشد و توسعه روزافزونی داشته است. البته علیرغم مزایای این دسته از منابع تولیدی، این واحدها دارای عدم قطعیت در تولید انرژی هستند. در این پایان نامه مسأله برنامه ریزی توسعه تولید در دو بخش مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا، مسأله برنامه ریزی توسعه تولید با هدف کمینه سازی هزینه شرکت برق در یک محیط رقابتی بررسی شده است. در این بخش با در نظر گرفتن پیشنهاددهی قیمت های مختلف از سوی واحدهای تولید کننده مستقل توان (واحدهای بار پایه، بار میانی و بار پیک)، به بررسی خروجی واحدهای نیروگاهی شرکت برق و همچنین تولید کننده مستقل توان در زمان تغییر در قیمت پیشنهادی واحدهای تولید کننده مستقل توان و بررسی هزینه شرکت برق در این حالت ها می پردازیم. همچنین با مطرح کردن سناریو آلودگی، خروجی توان تولیدی واحدها را در صورت تغییر در میزان آلودگی واحدهای تولید کننده مستقل توان و تأثیر هر سناریو در هزینه شرکت برق مشاهده می شود. سپس مسأله برنامه ریزی توسعه تولید با هدف بیشینه سازی مجموع سوددهی شرکت برق و مصرف کننده، در یک محیط رقابتی بررسی شده است. در این بخش مدل سازی بازار برق در محیط رقابتی و در چارچوب برنامه ریزی توسعه تولید بیان شده است. قیمت پیشنهادی در غالب یک حالت مطرح شده و همچنین عدم قطعیت واحدهای بادی و آبی در نظر گرفته شده است. قید شاخص های قابلیت اطمینان نیز از دیدگاه نهاد بهره بردار لحاظ شده و نقش این نهاد در بهبود این شاخص ها بررسی می شود. همچنین در این حالت افزایش تأثیر واحدهای تجدید پذیر با بیان دو شاخص جریمه زیست محیطی (برای آلودگی واحدهای حرارتی) و یارانه پرداختی از سوی دولت برای واحدهای تجدید پذیر بادی مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین نتایج به دست آمده با نتایج حاصل از الگوریتم زنبورعسل و الگوریتم جهش قورباغه مقایسه شده است تا امکان مقایسه بهتری برای یافتن پاسخ های مناسب تر فراهم شود.

در دهه های اخیر شاهد نفوذ روزافزون تولیدات پراکنده در سیستم های قدرت بوده ایم؛ به طوری که امروزه تولیدات پراکنده به عنوان جزء لاینفک در طراحی و توسعه سیستم های توزیع در نظر گرفته می شوند. همچنین با توجه به توانایی بالقوه تولیدات پراکنده در ارائه خدمات جانبی، انتظار می رود که علاوه بر تأمین نیازهای انرژی در آینده، تولیدات پراکنده در یک محیط مقررات زدایی شده به دلیل توانایی آن ها در ارائه خدمات جانبی اهمیت پیدا کنند؛ اما از طرف دیگر واحدهای تولید پراکنده با توجه به مشخصات خاص آن ها (ظرفیت کوچک و عدم قطعیت های موجود در منابع اولیه تولید توان این واحدها) نمی توانند در بازار برق ماندگار باشند و دوام بیاورند. همچنین نوسانات قیمت نیز می تواند سودآوری این واحدها را همانند دیگر بازیگران بازار تحت تأثیر قرار دهد. در این پایان نامه تلاش می شود تا پس از بررسی چالش های پیش رو تولیدات پراکنده جهت حضور در بازارهای مشترک انرژی و خدمات جانبی، راهبردی را جهت حضور این واحدها در بازارهای برق پیشنهاد دهیم. این تلاش می تواند موجب گسترش حضور این واحدها در محیط رقابتی گردد.