با افزایش بار مصرفی در یک سیستم قدرت ناشی از توسعه تکنولوژی، افزایش جمعیت و نیاز روز افزون به انرژی الکتریکی و نیز ورود مصرف کنندگان جدیدی که نیاز به اتصال به شبکه دارند، لازم است تغییراتی در شبکه انتقال اعمال گردد تا این شبکه جوابگوی بار پیش بینی شده آینده باشد. به دلیل سرمایه گذاری بسیار زیاد مورد نیاز در این بخش ازصنعت برق، یافتن بهترین روش توسعه شبکه از اهمیت زیادی برخوردار است. تاکنون الگوریتمهای مختلفی برای حل مسئله توسعه شبکه انتقال پیشنهاد و ارائه شده اند. این روشها تا به امروز قادر نبوده اند تمام مسائل مورد نیاز توسعه شبکه انتقال درصنعت برق را یکجا برآورده کنند و عملا اکثر کارهای انجام شده در زمینه حل این مسئله، روی مدلهای ساده شده ای متمرکز شده اند که از مدل واقعی فاصله زیادی دارند. دلیل این موضوع، عدم وجود انعطاف پذیری کافی در الگوریتمهای ارائه شده فعلی است که استفاده آنها را در مدلهای نسبتا کامل مسئله غیر ممکن می کند. کار انجام شده در این پایان نامه حول دو محور اصلی است. از یک طرف با اعمال یک سری بهبودها در الگوریتمهای مبتنی بر فاز بهبود، حجم محاسباتی مورد نیاز برای الگوریتم کاهش داده شده است. این بهبودها شامل کاهش حجم محاسباتی مورد نیاز برای ارزیابی کفایت شبکه و همچنین وادار کردن الگوریتم به تولید پاسخهای غیر تکراری است. از طرف دیگر در این پایان نامه، الگوریتم جدیدی پیشنهاد شده است که به دلیل عدم استفاده از روشهای مبتنی بر حل مسئله برنامه ریزی خطی یا برنامه ریزی غیر خطی ، دارای انعطاف پذیری بسیار بالایی است و می توان بسیاری از قیود مورد نیاز صنعت برق را، مخصوصا در یک سیستم انحصاری، به آن اضافه کرد.

با رشد تقاضای انرژی در سراسر جهان و کاهش ذخایر سوخت های فسیلی، سیستم های هیبریدی که شامل منابع انرژی تجدید پذیر هستند، جایگاه ویژه ای در سیستم های قدرت دارند. یکی از منابع مهم تولید انرژی در سیستم های هیبریدی، انرژی باد و مزارع بادی هستند. امروزه با توجه به گسترش استفاده از انرژی باد در تولید توان الکتریکی، مدل سازی مزارع بادی در سیستم های قدرت بسیار حائز اهمیت است. روش های مختلفی برای مدل سازی مزارع بادی ارائه شده است که از نظر دقت و زمان شبیه سازی با یکدیگر متفاوتند. اما سوال اینجاست که با چه معیاری می توان میزان دقت هر کدام از مدل های معادل یک مزرعه بادی را سنجید؟ مدل کامل یک مزرعه بادی می تواند بهترین معیار برای سنجش دقت مدل های معادل باشد. در این تحقیق 3 مدل معادل که در مقالات و مراجع معتبر بیشترین کاربرد را در دارند، انتخاب شده اند. با مقایسه این مدل های معادل با مدل کامل مزرعه بادی میزان دقت و زمان شبیه سازی هر کدام از آنها معین شود. افزایش تعداد مزارع بادی در سیستم های قدرت پیامد هایی به همراه داشت. یکی از این پیامدها تاثیر مزارع بادی بر روی مولفه های کیفیت توان است. مبحث کیفیت توان دارای مولفه های و پارامترهای زیادی است اما در این تحقیق به بررسی پارامترهای نوسانات ولتاژ و فلیکر ولتاژ پرداخته می شود. این دو پارامتر برای تمام مدل های معادل مورد بحث و مدل کامل مزرعه بادی محاسبه شده و در نهایت با مقایسه نتایج می توان میزان دقت هر کدام از مدل های معادل را محاسبه کرد. نرم افزار های زیادی برای شبیه سازی توربین و مزرعه بادی وجود دارند که مدل های ارائه شده توسط هر کدام از آنها دقت متفاوتی دارند. برای اینکه بتوان تمام مدل های یک مزرعه بادی از جمله مدل کامل آن را شبیه سازی کرد، نیاز به نرم افزاری است که دارای یک مدل مناسب برای توربین بادی و ابزار لازم برای شبیه سازی سایر قسمت های مزرعه باشد. نرم افزار vissim دارای جعبه ابزاری به نام rpm-sim است که المان های لازم برای شبیه سازی یک سیستم هیبرید را دارد. لذا شبیه سازی کل شبکه از جمله مزرعه بادی توسط نرم افزار vissim و با استفاده از جعبه ابزار rpm-sim انجام شده است. در ضمن برای شبیه سازی باد ورودی مزرعه بادی نیز از برنامه turbsim استفاده شده است.

برای بهره برداری بهینه از سرمایه گذاری در نصب توربین های بادی، صنایع به سمت تولید توربین های بادی سرعت متغیر رفته اند. با بهبود ادوات الکترونیک قدرت و کاهش قیمت آن ها، استفاده از مبدل هایی در رنج توانی توربین بادی در توربین های بادی سرعت متغیر جذاب شده است. توربین های بادی pmsg با توجه به استفاده از آرایش مبدل در رنج توانی توربین بادی، برای اتصال به شبکه و گرفتن حداکثر توان از باد، از جذاب ترین ساختار تبدیل انرژی باد هستند. در این تحقیق یک توربین بادی pmsg با توان kw10 مدل سازی شده است. این مدل قابلیت مدل سازی جزئیاتی را از توربین بادی دارد که در حالت معمول توسط دیگر نرم افزار ها قابل مدل سازی نیستند. یکی از این جزئیات مکانیزم furl است که در توربین های بادی کوچک از جمله توربین بادی شبیه سازی شده در این تحقیق، برای حفاظت آن ها در برابر اضافه سرعت و اضافه توان استفاده می شود. این گونه مدل سازی، امکان بررسی متقابل قسمتهای الکتریکی و مکانیکی را می دهد. برای مدل سازی قسمتهای الکتریکی، قسمتهای مکانیکی و باد از سه نرم افزار turbsim-fast-simulink استفاده شده است. از pi استاندارد برای کنترل کننده برداری استفاده شده است. نتایج کارایی کنترل کننده ها را در شرایط مختلف نشان می دهند.

بارزدایی یکی از روش های بازیابی امنیت سیستم های قدرت می باشد که در هنگام خروج یکی از اجزای سیستم قدرت و یا اضافه بار ناگهانی در سیستم قدرت به کار می رود. بررسی این امر در محیط تجدید ساختار یافته صنعت برق یکی از موضوعاتی است که از اهمیت والایی برخوردار است و باید بدان توجه ویژه گردد. در این پایان نامه، بارزدایی مبتنی بر بازار برق رقابتی در محیط تجدید ساختار یافته به همراه امنیت و قابلیت اطمینان سیستم قدرت مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. یک تابع هدف فنی – اقتصادی به منظور ارائه یک طرح بارزدایی بهینه ارائه گردیده است که بحث بیشینه نمودن رفاه اجتماعی نیز در آن در نظر گرفته شده است. روش بهینه سازی ارائه شده شامل بیشینه نمودن سود متصدیان تولید به عنوان مالکین واحدهای نیروگاهی و همچنین بیشینه نمودن سود بارهای قابل پخش سیستم به عنوان بارهای پاسخگو به قیمت برق در کنار بیشینه نمودن حد بارپذیری به عنوان یکی از شاخص های پایداری ولتاژی سیستم قدرت در شرایط کارکرد عادی سیستم و نیز در شرایط خروج یکی از اجزای سیستم قدرت می باشد. با توجه به ساختار پیچیده و غیرخطی مسأله ارائه شده، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات به عنوان یکی از روش های ابتکاری به منظور حل مسأله یاد شده در نظر گرفته شده است تا طرح بارزدایی بهینه را پیدا نماید. در ساختار مبتنی بر بازار برق رقابتی ارائه شده، ژنراتورها و بارهای قابل پخش به عنوان بارهای پاسخگو به قیمت، بلوک های پیشنهادی خود را به بازار برق رقابتی ارائه می کنند. بهره بردار مستقل سیستم، قیمت تسویه بازار را با در نظر گرفتن برنامه ریزی مجدد مقدار تولید در دو حالت قبل و بعد از خروج یکی از اجزای سیستم قدرت به دست می آورد. روش ارائه شده بر روی یک سیستم 3 شینه ی ساده مورد بررسی قرار گرفته و سپس به یک سیستم استاندارد 30 شینه ی ieee اعمال گردیده است. نتایج به دست آمده بیانگر کارآمدی روش ارائه شده در اجرای بارزدایی بهینه به همراه برآورده ساختن بیشینه رفاه اجتماعی و نیز حفظ و نگهداشت حاشیه پایداری ولتاژی سیستم از طریق تجزیه و تحلیل های فنی – اقتصادی می باشد.

کنترل ولتاژ و توان راکتیو در بحث امنیت و شرایط اقتصادی سیستم توزیع بسیار پر اهمیت است که شامل به حداقل رساندن تلفات کل سیستم، کاهش تغیییرات ولتاژ سیستم توزیع و مصرف کنندگان، کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری، کاهش هزینه های عملیاتی، کاهش/عقب انداختن سرمایه گذاری و افزایش ظرفیت توان تحویلی تجهیزات موجود می باشد. از طرف دیگر، مشکلات کیفیت توان باعث عملکرد نامناسب اجزاء شبکه در سیستم های توزیع الکتریکی می شوند. اعوجاج هارمونیکی یکی از مهمترین مسائل کیفیت برق می‎‎باشد. لذا تجهیزات مورد استفاده در شبکه های توزیع قدرت آلوده به هارمونیک به طور دائم در معرض این اعوجاج ها می باشند. لازم است تاثیرات این اعوجاج ها بر تجهیزات را مورد بررسی قرار داده و چنانچه عملکرد صحیح تجهیزات تحت تاثیر قرار بگیرد، می بایستی روش هایی را به منظور کاهش اینگونه تاثیرات جستجو نمود تا از آسیب دیدگی تجهیزات مشترکین، اعم از خانگی و صنعتی جلوگیری شود. در این پایان نامه کنترل ولتاژ و توان راکتیو به عنوان یکی از طرح های عملیاتی مهم در سیستم های توزیع با در نظر گرفتن منابع انرژی تجدیدپذیر تحت شرایط عملیاتی غیر سینوسی انجام شده است. بهبود thd باس ها با در نظر گرفتن مدل هارمونیکی منابع تولید هارمونیک می تواند منجر به برنامه ریزی بهتر عملیاتی شود. تجهیزات کنترلی مرسوم به منظور کنترل ولتاژ و توان راکتیو در شبکه های توزیع، خازن های متصل به باس ثانویه پست توزیع، خازن-های متصل در طول فیدر و تپ ترانسفورماتور هستند. از طرف دیگر، مدل سازی دقیق محدوده توان راکتیو در دسترس، اجازه بهره برداری کامل از تزریق و یا جذب توان راکتیو توربین های بادی و یا فتوولتائیک ها خواهد داد تا قابلیت تولید و یا جذب توان راکتیو توسط منابع تولید پراکنده وجود داشته باشد. هماهنگی مناسب بین تجهیزات کنترلی از طریق روش جستجو در فضای تصمیم گیری با توجه به اهداف و محدودیت های مسئله کنترل ولتاژ و توان راکتیو در دو ماژول جداگانه به کمک دو نرم افزار matlab و digsilent انجام شده است. شبیه سازی حالت ماندگار سیستم 123 - باس ieee با حضور منابع تولید پراکنده در نرم افزار digsilent، و پیاده سازی الگوریتم پیشنهادی برای حل مسئله بهینه سازی چند-هدفه فازی و دستیابی به برنامه ریزی بهینه کنترل ولتاژ و توان راکتیو، در نرم افزار matlab انجام شده است. بررسی روش های کنترلی مختلف، منجر به تغییر در برنامه ریزی های وضعیت تپ ترانسفورماتور و خازن های موازی شده است. روش کنترلی ارائه شده، به دلیل بهره برداری موثرتر از توان راکتیو منابع تولید پراکنده، ضمن کاهش بیشتر تلفات انرژی الکتریکی، با تغییر برنامه خازن ها از شرایط رزونانس نیز جلوگیری خواهد شد.

در این پایان نامه هدف اصلی، طراحی و پیاده سازی الگوریتم های کنترلی برای کنترل سیستمهای صنعتی بر پایه fpga است و از چند جنبه متفاوت به کنترل کننده های بر پایه fpga می پردازد. ابتدا به صورت کلی مروری بر ساختار fpga می شود. سپس به صورت خلاصه اصول و روش طراحی دیجیتال بر پایه fpga بررسی شده است. در ادامه مراحل طراحی یک کنترل کننده حلقه بسته بر پایه fpga بررسی شده است. در این پایان نامه طراحی یک سیستم ردیاب نقطه حداکثر توان سلول های خورشیدی به عنوان یک نمونه سیستم کنترل حلقه بسته بررسی شده است، که در این کار از یک fpga به عنوان بستر پیاده سازی کنترل کننده استفاده شده است. این طرح ابتدا مدل سازی و شبیه سازی شده و در نهایت به صورت تجربی ساخته شده است. این سیستم با در نظر گرفتن نکات تجربی و رفع مشکلات ساخت و همچنین با استفاده از الگوریتم p&o و کنترل کننده فازی و همچنین یک روش پیشنهادی بر اساس روش هدایت افزایشی پیاده سازی شده بر پایه fpga عملکرد مناسبی از خود نشان داد به طوری که این سیستم با استفاده از الگوریتم p&o توانست بیش از 90% و با استفاده از روش پیشنهادی و کنترل فازی بیش از 95% از توان نامی سلول را به بار منتقل کند. در ادامه برای بهینه سازی عملکرد سیستم های کنترلی، پیاده سازی یک الگوریتم ژنتیک جدید بر پایه fpga بررسی شده است. این الگوریتم با استفاده از دو ویژگی مهم fpga یعنی موازی سازی و پیکربندی مجدد در حین اجرای برنامه عملکرد بسیار خوبی از خود نشان داد که می توان از آن برای بهبود پارامترهای سیستم های کنترلی استفاده کرد. در انتهای این پایان نامه به جنبه دیگری جهت استفاده از fpga در کنترل صنعتی پرداخته می شود، و آن استفاده از پردازش تصویر برای کنترل موقعیت سلول های خورشیدی نسبت به خورشید برای دریافت بیشترین انرژی است. در این کار با استفاده از روش تشخیص لبه، موقعیت تصویر خورشید بر روی پنل های خورشیدی تشخیص داده می شود و برای قرار گرفتن وضعیت مناسب سلول های خورشیدی دستورات کنترلی مناسب صادر می شود.

با توجه به بحث تجدید ساختار در صنعت برق و روند خصوصی شدن شبکه های توزیع، بهره برداری موثر از شبکه همراه با کاهش هزینه ها بعنوان مهمترین اولویت شرکت های توزیع برق محسوب می شود. از آنجا که شبکه توزیع به عنوان پل ارتباطی میان مصرف کنندگان و شبکه قدرت محسوب می شود، لذا ارتقاء کارایی شبکه و رساندن توان با کیفیت بالا به مشترکان امری ضروری است. شبکه های توزیع بدلیل پایین بودن سطح ولتاژ و در نتیجه بالا بودن جریان عبوری از خطوط، بالاترین میزان تلفات را در میان سه بخش سیستم قدرت، شامل تولید، انتقال، و توزیع دارا می باشند. همچنین بدلیل بالا بودن عوامل تولید کننده خطا در شبکه و علاوه بر آن ساختار عموماً شعاعی شبکه، میزان قابلیت اطمینان این شبکه ها نیز در مقایسه با سایر بخش های سیستم قدرت پایین تر است. امروزه نیز بدلیل استفاده روزافزون از تجهیزات الکترونیک قدرت و وجود بارهای تکفاز نامتعادل، بررسی مسائل کیفیت توان در بهره برداری موثر از شبکه امری اجتناب ناپذیر است. در این راستا تاکنون راهکارهای زیادی برای کاهش تلفات و بهبود قابلیت اطمینان در شبکه های توزیع مطرح شده است؛ که می توان به تغییر سطح ولتاژ، تغییر محل تغذیه سیستم، اضافه نمودن کلید، نصب تولیدات پراکنده، خازنگذاری، و بازآرایی شبکه اشاره نمود. و لیکن بازآرایی یا تجدید آرایش شبکه ساده ترین و کم هزینه ترین روش برای بهبود شرایط شبکه تا حد امکان می باشد، که نیازی به نصب و راه اندازی وسایل جدید در شبکه ندارد و می توان با همان وسایل وکلیدهای موجود به صورتی ساده و کم هزینه کارایی سیستم را بالا برد. همچنین به منظور دست یابی به اهداف مورد نظر، بازآرایی شبکه همراه با سایر روش ها نظیر منابع تولیدپراکنده و خازنهای موازی تواماً بکار گرفته می شود. در این پایان نامه با استفاده از یکسری روش پیشنهادی به انجام بازآرایی شبکه و جایابی خازنها به منظور کاهش هزینه های ناشی از تلفات انرژی و انرژی تأمین نشده، و بهبود شرایط عملکردی سیستم بر روی شبکه های توزیع پرداخته شده است. در این راستا به منظور حل مسئله، از الگوریتم های بهینه سازی وراثتی، ازدحام ذرات، و الگوریتم گرانشی زمین استفاده شده است. همچنین از تئوری گرافها برای حذف یا تصحیح ساختارهای تولید شده توسط الگوریتم های بهینه سازی استفاده شده است. از نظریه فازی نیز برای تسریع در روند همگرایی مسائل چند هدفه مقید بهره گرفته شده است. شبیه سازی های صورت گرفته بر روی شبکه های 33، 69، 119 باسه استاندارد ieee، شبکه 83 باسه تایوان، و همچنین بروی شبکه فشار متوسط شهرستان بردسیر استان کرمان بعنوان یک شبکه عملی انجام گردیده است. نتایج بدست آمده حاکی از افزایش کارایی شبکه های مزبور نسبت به حالت قبل از مطالعه دارند.

در حالی که تولید توان الکتریکی بوسیله باد، به سرعت در تمام جهان رشد می کند؛ طبیعت احتمالی آن، از نظر جنبه های مختلف، بر روی بهره برداری سیستم اثر می گذارد. در این پایان نامه، اثر تغییرات توان باد به همراه نایقینی و خطاهای پیش بینی بار بر روی بازار توان راکتیو مورد محاسبه و آنالیز قرار گرفته است. با استفاده از یک الگوریتم احتمالی همراه با در نظر گرفتن مجموعه ای از بار های پیش بینی شده احتمالی و سرعت های باد محتمل، سعی بر کمینه سازی تابع هزینه سیستم به عنوان یکی از مهمترین اهداف، شده است. در کنار مسائل اقتصادی، حاشیه پایداری ولتاژ، داشتن رزرو توان راکتیو کافی در هر ناحیه کنترل ولتاژ و احتمال تراکم خطوط نیز به عنوان جنبه های تکنیکی برنامه ریزی توان راکتیو به خوبی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته اند. برای نگهداشتن پروفیل ولتاژ سیستم قدرت در اندازه مناسب در طول اغتشاش های شدید یا به علت نایقینی بار، سیستم ناحیه بندی شده و سپس رزرو توان راکتیو بهینه برای هر ناحیه، هنگام برنامه ریزی بهینه و امن توان راکتیو، محاسبه گردیده است. توربین بادی مورد استفاده در این پایان نامه، از نوع سرعت متغیر محدود با ژنراتور القایی تغذیه مضاعف (dfig) می باشد. در این پایان نامه، قابلیت تولید توان راکتیو در مولد های dfig با در نظر گرفتن محدودیت های مبدل های سمت روتور و شبکه، مورد استفاده قرار گرفته است. الگوریتم بهینه سازی پیشنهادی از یک تکنیک برنامه ریزی چند هدفه با استفاده از ضرایب وزنی مختلف، استفاده می کند. حداقل کردن مجموع هزینه های تامین توان راکتیو و تلفات شبکه به طور همزمان و احتمال تراکم خطوط با حداکثر نمودن حاشیه پایداری ولتاژ و رزرو توان راکتیو در هر ناحیه، همراه با در نظر گرفتن طبیعت احتمالی باد و نایقینی پیش بینی بار، از اهداف این الگوریتم بوده است. نتایج شبیه سازی بر روی شبکه تست 30 باسه ieee بر کارامدی روش پیشنهادی برای شرایط واقعی سیستم تاکید دارد.