در این پایان نامه یک ریزشبکه هوشمند مبتنی بر انرژی های تجدیدپذیر و پاسخگویی بار به صورت بهینه طراحی میشود. برای درک بهتر مراحل، طراحی در سه گام انجام میگیرد. در گام اول بخشی از یک شبکه کاملا سنتی مبتنی بر سوخت های فسیلی معرفی شده و چهار نوع مشترک صنعتی، کشاورزی، خانگی و عمومی در آن در نظر گرفته شده و هزینه های آنها از دید مشترکین و بهره بردار شبکه محاسبه میشود. در گام دوم در مسیر تجهیز شبکه به انرژی های تجدیدپذیر از یک روش تحلیلی – ریاضی استفاده شده و پارامترهای موثر در سوددهی این گام مانند تعداد ادوات ریزشبکه، مقدار تشویقی(وام) و نرخ خرید تضمینی برق از ریزشبکه و بهره وری مصرف تغییر یافته و مورد بحث قرار میگیرد. در گام سوم طراحی ریزشبکه هوشمند با استفاده از الگوریتم ژنتیک و در دو سناریوی منفصل و متصل به شبکه بر مبنای بار ثابت بدون انعطاف انجام میشود. در ادامه به پیاده سازی و تشریح کامل هفت برنامه پاسخگویی بار و استفاده از یک ایده ابتکاری برای یافتن کشسانی مناسب هر مشترک پرداخته شده و در نهایت پس از مقایسه برنامه ها از دید مشترک و از دید بهره بردار ریزشبکه، برنامه rtp به همراه tou انتخاب میشود تا طراحی بهینه ریزشبکه بر مبنای این بار کاهش یافته و بصورت منفصل از شبکه با استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام شود. نتایج طراحی با حالت بدون پاسخگویی بار مقایسه میشوند. از آنجا که هدف طراحی حفظ پایایی و کفایت تضمین انرژی ریزشبکه است، هزینه کلیه سناریوها با درنظرگرفتن تاثیر عواملی چون تولید آلاینده ها و جریمه تعلق گرفته به آن، وام های دولتی برای مالکان ریزشبکه و همچنین انواع هزینه های ایجاد زیرساخت پاسخگویی بار از دید مشترک و بهره بردار، با استفاده از روش ارزش خالص فعلی که به تشریح در پایان نامه مدلسازی ریاضی شده است، محاسبه شده و تمامی نتایج قابل مقایسه با یکدیگر و با حالت مرجع ریزشبکه هستند. همچنین ادوات استفاده شده در ریزشبکه با قیمتهای به روز جهانی و با ضریب نرخ روز دلار به ریال تبدیل شده اند. با طی کردن این مراحل میتوان ادعا کرد با استفاده از اطلاعات واقعی شبکه ایران، ریزشبکه ای با قابلیت اطمینان بالا، دارای زیرساخت مخابراتی لازم برای قابلیت پاسخگویی بار و با اتکای 100% بر انرژی های تجدیدپذیر طراحی کرده ایم که اصطلاحا یک "ریزشبکه هوشمند" نامیده میشود. بررسی چهارچوب های لازم و طی کردن گام به گام این مراحل در این پایان نامه با هدف تدوین چهارچوب های لازم، که در عنوان پایان نامه عبارت استاندارد برای آن ذکر شده است، در تحقق کامل مفهوم شبکه هوشمند انجام شده است.

در سال های اخیر، سطح نفوذ توان بادی در سیستم قدرت به شدت در حال افزایش می باشد. توان خروجی مزارع در هر لحظه به سرعت باد در آن لحظه وابسته است. به دلیل تغییرات زیاد سرعت باد، توان خروجی مزارع بادی، نوسانی و غیر قابل کنترل می باشد. بنابراین افزایش سطح نفوذ توان بادی، سیستم قدرت را با چالش های جدیدی در رابطه با پایداری و پایایی (قابلیت اطمینان) سیستم روبرو می سازد. یکی از راه حل های عملی در کاهش نوسانات توان خروجی مزارع بادی استفاده از ذخیره سازهای انرژی می باشد. ذخیره سازهای انرژی با کاهش نوسانات توان خروجی مزارع بادی، موجب افزایش در دسترس پذیری توان بادی می شوند. در این پایان نامه، در ابتدا تأثیر ذخیره ساز بر روی کاهش نوسانات توان بادی و افزایش در دسترس پذیری آن مورد بررسی قرار گرفته است. سپس نحوه مدل سازی بخش های مختلف سیستم قدرت در مطالعات کفایت سیستم تولید بیان شده است. در قسمت پایانی، به تأثیر استفاده از ذخیره ساز انرژی در کاهش نوسانات توان بادی و بهبود کفایت سیستم قدرت پرداخته شده است. ابتدا به یک سیستم قدرت نمونه، مزرعه بادی اضافه شده و شاخص های پایایی آن محاسبه می شود. سپس با اضافه کردن ذخیره ساز انرژی به مزرعه بادی، تأثیر مشخصات مختلف ذخیره ساز، در بهبود شاخص های پایایی بررسی می شود. برای شبیه سازی و گرفتن نتایج از روش مونت کارلوی ترتیبی استفاده می شود.

چکیده پس از گذر چند دهه از معرفی اتوماسیون توزیع در شبکه های برق، هنوز این پدیده چایگاه واقعی خود را در شبکه های توزیع پیدا نکرده است. یکی از مهم ترین موانع نفوذ آن به شبکه های برق هزینه های بالای اجرای اتوماسیون توزیع است. اجرای اتوماسیون در شبکه های توزیع باعث تولید سودهای دوره ای قابل توجهی نیز می شود. همین ویژگی اتوماسیون، ایدۀ توسعۀ نموی آن و استفاده از سودهای دوره ای برای تأمین سرمایه فازهای بعدی را ایجاد کرده است. در این پایان نامه، روش جدیدی برای برنامه ریزی راهبردی اتوماسیون توزیع ارائه شده است. با توجه به مفهوم گستردۀ برنامه ریزی راهبردی، در این پایان نامه حالت بخصوصی از آن مدنظر قرار گرفته که مطابق با آن ترتیب و توالی نصب کلیدهای اتوماتیک و تزریق سرمایه برای نصب آنها به شکل بهینه برنامه ریزی می شود. به این ترتیب سودهای دوره ای ناشی از نصب کلیدها به شکلی مورد بهره برداری قرار می گیرد که به کمترین میزان تزریق سرمایه به طرح اتوماسیون توزیع نیاز باشد. مسئلۀ بهینه سازی برنامه ریزی به صورت یک مسئلۀ عددصحیح مختلط غیرخطی فرمول بندی شده که هدف آن کمینه کردن میزان تزریق سرمایه به طرح اتوماسیون است. برای حل این مسئلۀ بهینه سازی یک الگوریتم ترکیبی از ترکیب دو الگوریتم ژنتیک و ازدحام ذرات به دست آمده که از توانایی های هر دو الگوریتم مذکور استفاده می نماید. مطابق نتایج به دست آمده، الگوریتم ترکیبی پیشنهادی نتایج به مراتب بهینه تری را نسبت به استفاده از الگوریتم های منفرد به دست می دهد. از آنجا که میزان ارزش سودهای دوره ای به عوامل فراوانی از جملۀ ابعاد شبکه، قوانین رگولاتوری، نوع قرارداد مشترک با شرکت توزیع و... بستگی دارد. برای در نظر گرفتن همۀ این عوامل از روش سناریو محور برای بررسی طرح پیشنهادی استفاده گردیده و نُه سناریوی مختف که بیانگر شرایط متفاوت شبکۀ توزیع هستند در نظر گرفته شده است. نهایتاً روش ارائه شده برای برنامه ریزی اتوماسیون توزیع بر روی سه شبکه با ابعاد مختلف شامل شبکۀ سیوانلار، فیدر شماره چهار شبکه آزمون روی بیلینتون و شبکۀ توزیع برق نواحی استان تهران آزموده شده است. نتایج نشان می دهند که می توان بخش قابل توجهی از هزینه های اتوماسیون را از طریق بهینه سازی برنامه ریزی آن تأمین نمود و مقدار آن وابسته به شرایط هر شبکه است. همچنین روش ارائه شده قابلیت تعمیم به سایر تجهیزات شبکۀ توزیع را داشته و می توان از آن برای توسعۀ سیستم های مشابه اتوماسیون مانند توابع شبکۀ هوشمند استفاده نمود. کلمات کلیدی: برنامه ریزی اتوماسیون توزیع، برنامه ریزی راهبردی سیستم قدرت، طرح سرمایه گذاری نیمه خودکفا، برنامه ریزی سناریو محور، مسئله عددصحیح مختلط غیرخطی، الگوریتم ترکیبی ژنتیک و ازدحام

همزمان با توسعه اقتصادی و رشد جمعیتی ابعاد سیستم قدرت امروزی به سرعت در حال گسترش است، در همین حال سیستم های اطلاعاتی صنعت برق با سرعت فزاینده¬ای در حال پیشرفت می باشند و حجم وسیعی از اطلاعات توسط سیستم¬های جامع اطلاعاتی گردآوری و در پایگاه های داده ذخیره می¬گردند. داده هایی که توانایی بالقوه در کمک به بهره¬برداری بهینه، برنامه¬ریزی مناسب، کمک به اخذ استراتژی¬های مختلف تعمیرات و نگهداری، تنظیم بازار و... را دارا می¬باشند، این در حالی است که حجم بالا و بیش ازحد داده¬ها و روابط پیچیده میان آن¬ها کسب اطلاعات مفید از دل این داده¬های خام را کاری سخت و پیچیده ساخته. در حال حاضر داده¬کاوی مهم ترین ابزار برای بهره¬وری موثر، صحیح و سریع از داده های حجیم است و اهمیت آن رو به فزونی می باشد. در مطالعات پایایی، تحلیل خطاهای رخ داده در سیستم ها روشی متداول به شمار می رود که با مطالعه آن دانش وسیعی در راستای ماهیت و وضعیت سیستم مورد مطالعه به دست می آید، در این پایان نامه داده های خرابی مربوط به شبکه توزیع نواحی استان تهران گردآوری شده و به منظور مدل سازی پایایی، از داده کاوی به عنوان هسته اصلی فرآیند کشف دانش، جهت مدل سازی نرخ خرابی به کمک مهم ترین عوامل رخداد خطا در هر فیدر فشار متوسط، پیش بینی علت خطا، با استفاده از حداقل اطلاعات موجود درباره رخداد خاموشی و مدل سازی الگوی خاموشی از طریق کشف الگوی خاموشی های منجر به قطع فیدر فشار متوسط، در شبکه مورد مطالعه استفاده شده، نتایج مدل سازی به کمک روش¬های مختلف ارائه گردیده و راهکارهایی جهت استفاده از نتایج حاصل، در مطالعات مربوط به پایایی و بهبود آن پیشنهاد شده است.

با توجه به رشد استفاده از منابع انرژی پاک در تولید برق، در این پروژه به بررسی تاثیر نوسانات توان در ریزشبکه ها ی قدرت، که نتیجه به کارگیری این منابع انرژی می باشد، پرداخته می شود. این نوسانات توان در ریزشبکه ها باعث نوسان فرکانس می شود که در ادامه می تواند به تجهیزات آسیب وارد کند. در این پروژه با استفاده از یک سیستم ذخیره کننده انرژی و طراحی کنترل کننده به حل این مسئله پرداخته می شود تا نوسان فرکانس در ریزشبکه ها قابل کنترل باشد و همچنین در هدف صنعت برق که توسعه استفاده از منابع انرژی پاک است، اختلالی ایجاد نشود. مدلسازی ریزشبکه ی مورد مطالعه براساس شرایط آب و هوایی ارائه می شود تا در هر مکان و شرایطی قابل اجرا باشد و تنها لازم است که شرایط آب و هوایی یک روز از مکان مورد نظر به آن داده شود تا ریزشبکه برای آن بهینه شود.

به دلیل پیشرفت صنایع و تکنولوژی در سال¬های اخیر، حساس¬ترشدن تجهیزات مصرف کننده برق (به دلیل استفاده روز افزون از تجهیزات مبتنی بر کامپیوتر)، و افزایش سطح رضایت¬مندی مصرف-کنندگان، نقش و مسولیت شبکه توزیع به عنوان واسطه¬ی بین شبکه قدرت و مصرف¬کنندگان بیش از پیش با اهمیت¬ شده است. اساسی¬ترین وظیفه شرکت¬های توزیع علاوه بر تأمین به موقع برق متقاضیان، تداوم برق با کیفیت و پایایی مناسب برای مشترکین است. از جمله¬ اساسی¬ترین مشکلات شبکه¬های توزیع الکتریکی سنتی، می¬توان به عدم تداوم ارایه¬ی سرویس به مشترکین، طولانی شدن مدت زمان خاموشی¬ها و فراوانی زیاد وقفه¬های رخ داده، بالا بودن تلفات، افت ولتاژ غیرمجاز، و در نهایت پایین بودن پایایی و کیفیت سرویس ارایه شده به مشترکین اشاره کرد. بنابراین، با توجه به مشکلات موجود در این شبکه¬ها، یافتن راه حل کارا و موثر به منظور حل چالش¬ها و مشکلات سیستم¬های توزیع، امری ضروری می¬باشد. شبکه¬های توزیع هوشمند به عنوان راه حلی عملی و مطمئن برای برطرف کردن مشکلات موجود معرفی شده¬اند. اتوماسیون شبکه توزیع نیز به عنوان یکی از پایه¬های اصلی شبکه هوشمند نقشی اساسی در رسیدن به این هدف دارد. به منظور پیاده¬سازی سیستم اتوماسیون در شبکه توزیع، چالش اصلی در انجام این امر پاسخ به این سوال است که با توجه به قیود فنی و اقتصادی، چه مکان¬هایی از شبکه توزیع و به چه میزان باید به این سیستم مجهز شوند؟ هدف اصلی این پایان نامه پاسخ به پرسش ذکر شده می¬باشد. بنابراین، به منظور مشخص کردن میزان اتوماسیون پیاده¬سازی شده در شبکه به صورت کمی، شاخصی تحت عنوان "سطح شدت اتوماسیون" تعریف می¬شود. با توجه به اینکه سطح شدت اتوماسیون در شبکه توزیع به وسیله تجهیزات کنترلی (کلیدهای قطع بار قابل کنترل از راه دور و غیر قابل کنترل از راه دور) تعیین می¬شود، بنابراین برای محاسبه مقدار بهینه این شاخص ضروریست تعداد و مکان بهنیه این کلیدها در شبکه توزیع مشخص شوند. با توجه به اینکه محاسبه این شاخص جزء مسائل بهینه¬سازی می¬باشد، در این پایان نامه، برای مکان¬یابی بهینه تجهیزات کنترلی و محاسبه این شاخص از الگوریتم-های تکاملی (الگوریتم ژنتیک) و تکنیک¬های مکان¬یابی استفاده شده و در یک شبکه توزیع نمونه (باس 4 سیستم تست روی بیلینتون) بکار برده شده است. این مسأله بهینه¬سازی در دو حالت بهینه¬سازی تک هدفه و چند هدفه حل شده است. لازم به ذکر است که برای بررسی کارایی الگوریتم استفاده شده و راستی آزمایی نتایج بدست آمده، محاسبه این شاخص از طریق روش قطعی نیز انجام شده و نتایج حاصل از دو روش مورد مقایسه قرار گرفته است.

یکی از مشخصه های نسل جدید شبکه های الکتریکی تحت عنوان شبکه های هوشمند، ارتباط دو طرفه داده بین بخش تولید، توزیع و مصرف است. این ارتباط از طریق بسترهای مخابراتی صورت می گیرد. در این میان، بسترهای مخابراتی بی¬سیم به دلیل هزینه کم و نصب آسان از اولویت بیشتری نسبت به مخابرات سیمی برخوردار است. از چالش های عمده مخابرات بی سیم جهت استفاده در شبکه هوشمند، عدم وجود منابع طیفی اختصاصی است. در این پایان نامه ابتدا به معرفی ملزومات، تکنولوژی ها و چالش های مخابرات بی سیم در شبکه های هوشمند پرداخته می¬شود. سپس مسئله مهم فراهم سازی طیف و تخصیص فرکانس در شبکه هوشمند ارائه می¬شود. اساس کار، فراهم سازی کانال های فرکانسی از طریق شبکه های تجاری پیاده سازی شده در همسایگی شبکه هوشمند است. فرض میشود که شبکه های همسایه کانال هایی را با قیمت فروشی که تابعی از شرایط دینامیکی هر شبکه است به شبکه هوشمند عرضه می¬کنند. شبکه هوشمند نیز با در نظر گرفتن نرخ داده مورد نیاز و کیفیت کانال های ارائه شده، کانال های خریداری شده را با بهینه سازی کمترین قیمت مشخص می¬کند. نتایج مدلسازی و حل مسئله نشان می¬دهد که در این روش افزایش تعداد شبکه های همسایگی باعث کاهش قابل توجه هزینه شبکه هوشمند می¬شود. یکی دیگر از روش های فراهم سازی فرکانس در شبکه های هوشمند، استفاده از تکنولوژی رادیو شناختی است. در این تکنولوژی، کانال هایی از شبکه های همسایه که در یک فاصله زمانی بلا استفاده می¬مانند توسط شبکه هوشمند مورد استفاده قرار می¬گیرند. در این زمینه یک الگوریتم ابداعی پیشنهاد می¬شود که در آن ترافیک ارسالی شبکه هوشمند به سه اولویت تقسیم می¬شود. این الگوریتم امکان دسترسی دسته¬های ترافیکی به کانال های فرکانسی را به صورت شناختی و به ترتیب اولویت فراهم می کند. نتایج شبیه سازی نشان از عملکرد مطلوب این الگوریتم دارد.

افزایش منابع تولید پراکنده در سیستم‏های قدرت موجب حرکت به سمت سیستم‏های جدید توزیع انرژی مانند ریزشبکه‏ها شده است. یکی از مشکلات مربوط به ریزشبکه‏ها، کنترل آنها در عملکرد مستقل از شبکه به گونه‏ای است که کنترل مناسبی روی ولتاژ و فرکانس انجام شود و همچنین تقسیم بار قابل قبولی بین منابع بوجود آید. عملکرد سیستم کنترلی به فن‏آوری‏ها و پروتکل‏های ارتباطی وابسته است. هر کدام از این پروتکل‏ها و فناوری‏های ارتباطی اثرات متفاوتی بر ریزشبکه و کنترل آن خواهد داشت. یکی از این اثرات تاخیر متفاوت در پردازش و انتقال پیام برای ارتباط اجزای مختلف ریزشبکه است. در نظر گرفتن تاثیر پروتکل‏های ارتباطی در طراحی‏های کنترلی باعث بهبود کنترل ریزشبکه خواهد شد و در نظر نگرفتن آنها در عمل می‏تواند کنترل ریزشبکه را با مشکل مواجه کند. در این پایان‏ نامه، ابتدا به بررسی ریزشبکه، ساختارهای کنترلی موجود در آن و پروتکل‏ها و فناوری‏های ارتباطی متداول پرداخته شده است. پس از این بررسی‏ها و در نظر گرفتن فرایند پردازش در کنترل کننده‏ها مدل تقریبا مناسبی از ریزشبکه خواهیم داشت. هدف اصلی این پایان نامه ارزیابی و مقایسه کنترل ریزشبکه با در نظر گرفتن اثر پروتکل‏های ارتباطی مختلف و همچنین یافتن پروتکل ارتباطی مناسب تر برای ارتباطات ریزشبکه است. بدین منظور از یک ریز شبکه نمونه با ساختار کنترلی سلسله مراتبی و چند پروتکل متفاوت برای انتقال داده در آن، در نظر گرفته شده است. طراحی‏های کنترلی ابتدا بدون در نظر گرفتن تاثیر پروتکل‏های ارتباطی و سپس با در نظر گرفتن آنها انجام می‏شود. برای طراحی کنترل کننده‏ها و بهینه سازی ضرایب کنترلی از معادلات غیر خطی ریزشبکه استفاده شده است و با در نظر گرفتن یک تابع هزینه مناسب بهبود کنترل نشان داده می‏شود.

در این پایان نامه کنترل پیش بین چندعاملی به منظور کنترل ثانویه ولتاژ و فرکانس ریزشبکه در حالت جزیره ای طراحی شده است. استفاده از کنترل چندعاملی با توجه به اینکه هر عامل، اطلاعات را تنها از برخی عامل ها دریافت می کند، منجر به کاهش حجم اطلاعات نسبت به حالت متمرکز می شود. همچنین به دلیل پردازش موازی عامل ها، از حجم محاسبات کاسته شده و قابلیت اطمینان، به دلیل وابسته نبودن به یک واحد کنترلی افزایش می یابد. با توجه به قابلیت های کنترل پیش بین از جمله توانایی لحاظ کردن قیود و طراحی ساده برای سیستم های چندمتغیره، از آن به عنوان کنترل کننده ی لایه ی دوم هر عامل استفاده شده است. به منظور کنترل مناسب دامنه ولتاژ و فرکانس ریزشبکه در شرایط مختلف، بازه ی مجاز دامنه ولتاژ و فرکانس به عنوان قید در کنترل پیش بین لحاظ شده است. این کار منجر به تضمین عدم خروج ولتاژ و فرکانس از بازه ی مجاز خود می شود. با توجه به اینکه لایه کنترلی ثانویه کندتر از لایه اول است، از رویکرد سیستم های چندنرخی در روند طراحی کنترل کننده پیش بین استفاده شده است. به منظور ارزیابی روش ارائه شده شبیه سازی در حالت های مختلفی انجام و نتایج آن آورده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد این کنترل کننده، منجر به تثبیت ولتاژ و فرکانس در مقادیر مطلوب خود می گردد

در این پایان نامه، از الگوریتم ازدحام ذرات در مساًله مربوط به مکان یابی کلید قطع بار و کلید بریکر در سیستم تست بیلینتون استفاده گردید، و بهبود شاخص های پایایی ارایه گردید. استفاده از الگوریتم‏های تکاملی، برای یک شبکه همیشه امکان ندارد و گاهی لازم است، یک نگاه سرانگشتی و فوری نسبت به مکان احتمالی کلید باشد. به همین دلیل، در این پایان نامه عوامل تاثیرگذار در انتخاب بهینه کلید اتوماتیک در فیدر عباسیان، بررسی می شود. با استفاده از برخی ویژگی های مطرح شده، به هر نقطه نامزد، جهت نصب پست اتوماتیک امتیاز داده می شود. همچنین، سعی می شود ویژگی های دیگری جهت امتیازدهی به کلید ها برای نصب کلید اتوماتیک، ارایه شود تا درصد خطای این روش به حداقل برسد. با بدست آوردن ضریب وزنی(?) ویژگی ها و جمع بستن امتیازها با هم، می توان نقطه نامزد نصب کلید اتوماتیک را، که بیشترین امتیاز را کسب کرده است، شناسایی کرد.

تجدید آرایش سیستم توزیع که با مجموعه ای عملیات کلید زنی صورت می گیرد، یک روش ساده و کم هزینه است که بدون افزودن تجهیزات اضافه بر شبکه تلفات سیستم توزیع را کاهش می دهد در این پایان نامه روشی جدید برای تجدید آرایش سیستم توزیع ارائه شده که از تئوری گراف استفاده می کند.بر اساس این تئوری سیستم توزیع به عنوان یک گراف مدل شده و وزن هایی به هریک از شاخه ها داده می شود، که براساس شاخص تلفات سیستم توزیع تعیین شده اند.سپس سیستم توزیع به بلوکها، مشکل گستردگی سیستم توزیع برطرف شده و بکارگیری روشهای تجدید آرایش در هر یک از بوکها راحت تر می گردد و می توان بطور همزمان کاهش تفات را در تمامی بلوکها انجام داد.مهمترین مزیت این روش کاهش قابل توجه در زمان محاسبات است.این ویژگی ، بکارگیری این روش را در کاربردهای سریع و در حین کار و حتی بلادرنگ مناسب می سازد. در پایان کارایی روش با یک سیستم توزیع معروف استاندارد نشان داده شده و درباره نتایج حاصله بحث گردیده است.