از آغاز تولد صنعت برق به دلیل مشکلات گوناگون در طراحی و بهره برداری از سیستم های قدرت، همواره متخصصان این صنعت سعی در بهینه سازی سیستم های قدرت از دیدگاه های مختلف داشته اند. یکی از این اهداف، کاهش تلفات در شبکه ی انتقال و بهبود پروفیل ولتاژ می باشد که تحت عنوان کنترل و برنامه ریزی توان راکتیو شناخته شده است. از آنجایی که مسئله ی کنترل بهینه ی توان راکتیو یک مسئله ی پیچیده ی ریاضی است و قیود محدود کننده ی بسیاری را شامل می شود، راه حل مستقیم و یکتایی برای آن وجود ندارد. از این رو در 3 دهه ی اخیر محققین بسیاری تلاش نموده اند تا با ارائه ی بهترین روش ها به حل این مسئله ی بهینه سازی بپردازند. در این پایان نامه از یک روش بهینه سازی جدید به نام الگوریتم شبیه سازی رشد گیاه به منظور حل مسئله ی کنترل توان راکتیو استفاده شده است. روش شبیه سازی رشد گیاه، یک الگوریتم جستجوی تصادفی است که بر اساس فرآیند نورگرایی گیاه شکل گرفته است. از مزایای روش ارائه شده بر روش های هوشمند قبلی این است که در این روش محدودیت ها وارد تابع هدف نمی شوند و آنها به طور مجزا بررسی می گردند. این برخورد مجزا باعث می شود که مشکل تعیین ضرایب جریمه در روش های دیگر، وجود نداشته باشد. همچنین این روش برخلاف اکثر روش های بهینه سازی هوشمند که نیازمند تعیین بهینه ی برخی پارامترها می باشند، مستقل از پارامترهای ورودی است. در این مطالعه ابتدا از روش بهینه سازی ذکر شده در کنترل بهینه ی توان راکتیو با هدف مینیمم کردن تلفات برای سیستم 30 باسه ی ieee استفاده شده است. سپس به منظور تعیین مکان نصب جبران کننده های جدید در این شبکه، از روش حساسیت بهره بردیم. در ادامه برنامه ریزی توان راکتیو با هدف حداقل کردن مجموع هزینه ی تلفات و هزینه ی سرمایه گذاری جبران سازهای جدید، در سه شرایط مختلف بار انجام گرفت. در نهایت برنامه ریزی توان راکتیو برای سیستم 30 باسه با در نظر گرفتن چند پیشامد احتمالی اجرا می شود. مقایسه ی نتایج شبیه سازی های انجام شده به کمک روش شبیه سازی رشد گیاه مزیت این روش را نسبت به سایر روش های بهینه سازی نشان می دهد.

از آغاز تولد صنعت برق به دلیل مشکلات گوناگون در طراحی و بهره برداری از سیستم های قدرت، همواره متخصصان این صنعت سعی در بهینه سازی سیستم های قدرت از دیدگاه های مختلف داشته اند. یکی از این اهداف، کاهش تلفات در شبکه ی انتقال و بهبود پروفیل ولتاژ می باشد که تحت عنوان کنترل و برنامه ریزی توان راکتیو شناخته شده است. از آنجایی که مسئله ی کنترل بهینه ی توان راکتیو یک مسئله ی پیچیده ی ریاضی است و قیود محدود کننده ی بسیاری را شامل می شود، راه حل مستقیم و یکتایی برای آن وجود ندارد. از این رو در 3 دهه ی اخیر محققین بسیاری تلاش نموده اند تا با ارائه ی بهترین روش ها به حل این مسئله ی بهینه سازی بپردازند. در این پایان نامه از یک روش بهینه سازی جدید به نام الگوریتم شبیه سازی رشد گیاه به منظور حل مسئله ی کنترل توان راکتیو استفاده شده است. روش شبیه سازی رشد گیاه، یک الگوریتم جستجوی تصادفی است که بر اساس فرآیند نورگرایی گیاه شکل گرفته است. از مزایای روش ارائه شده بر روش های هوشمند قبلی این است که در این روش محدودیت ها وارد تابع هدف نمی شوند و آنها به طور مجزا بررسی می گردند. این برخورد مجزا باعث می شود که مشکل تعیین ضرایب جریمه در روش های دیگر، وجود نداشته باشد. همچنین این روش برخلاف اکثر روش های بهینه سازی هوشمند که نیازمند تعیین بهینه ی برخی پارامترها می باشند، مستقل از پارامترهای ورودی است. در این مطالعه ابتدا از روش بهینه سازی ذکر شده در کنترل بهینه ی توان راکتیو با هدف مینیمم کردن تلفات برای سیستم 30 باسه ی ieee استفاده شده است. سپس به منظور تعیین مکان نصب جبران کننده های جدید در این شبکه، از روش حساسیت بهره بردیم. در ادامه برنامه ریزی توان راکتیو با هدف حداقل کردن مجموع هزینه ی تلفات و هزینه ی سرمایه گذاری جبران سازهای جدید، در سه شرایط مختلف بار انجام گرفت. در نهایت برنامه ریزی توان راکتیو برای سیستم 30 باسه با در نظر گرفتن چند پیشامد احتمالی اجرا می شود. مقایسه ی نتایج شبیه سازی های انجام شده به کمک روش شبیه سازی رشد گیاه مزیت این روش را نسبت به سایر روش های بهینه سازی نشان می دهد.

سیستم توزیع انرژی یکی از چالش برانگیز ترین موضوعات در آینده سیستم برق می باشد و الگوهای بهره برداری و توسعه آن تغییرات وسیعی می نماید. یکی از مسائل مهم در این حوزه فقدان الگوی توسعه برای تولید پراکنده در بستر شبکه توزیع فعّال می باشد. این رساله مدلی برای توسعه چند مرحله ای تولید پراکنده در یک شبکه توزیع فعّال ارائه می نماید. با کمک مدل ارائه شده امکان مشارکت تولید پراکنده در فراهم سازی ذخیره چرخان در برنامه ریزی توسعه مدّ نظر قرار می گیرد. برای این منظور، ابتدا مدلی برای تجمیع واحدهای تولید پراکنده مستقر در شبکه توزیع و تشکیل یک واحد معادل در نقطه اتّصال به شبکه بالادست به منظور رویت پذیر کردن آنها برای بهره بردار بازار ارائه می دهد. این مدل، مشخّصه بهره برداری منفردی را که مستقلّ از عوامل بیرونی (تغییرات قیمت بازار) می باشد، برای کل سیستم توزیع و برای کاربردهای ساعت بعد ارائه می دهد. با استفاده از روش ارائه شده، شرکت توزیع در هر بازه زمانی بهره برداری، با یک بار و یک ژنراتور معادل مدل می شود. همچنین با استفاده از مشخّصات واحد معادل، بهره بردار سیستم توزیع قادر می گردد طیفی از مکانیزم های پرداخت در بازار ذخیره چرخان را در مدل سود خود وارد نماید. عوامل تأثیرگذار بر مشخّصات واحد معادل به صورت جامع بررسی می شود. سپس با کمک مشخّصات واحد معادل شرکت توزیع، یک مدل سود توسعه یافته برای شرکت توزیع ارائه می شود. با کمک این مدل، مشارکت تولیدات پراکنده در تولید انرژی و در فراهم سازی ذخیره چرخان به ارزش اقتصادی تبدیل می شود، درنتیجه سیگنال های بهره برداری برای استفاده در برنامه ریزی توسعه، تولید می شوند. منافعی که تولید پراکنده در اختیار می گذارد وابسته به محلّ استقرار در شبکه می باشد. این موقعیّت از لحاظ فیزیکی ثابت است، امّا بازآرایی شبکه این امکان را فراهم می کند تا موقعیّت تولید پراکنده در شبکه تغییر کند. در این راستا الگوریتمی برای بازآرایی مبتنی بر سود در شبکه توزیع شامل چند پست و چند فیدر ارائه می گردد تا بهترین شرایط بهره برداری را به منظور استفاده بهینه از تولید پراکنده فراهم نماید به طوری که شرکت توزیع از حداکثر قابلیّت خود در تعاملات بازاری بهره ببرد؛ به عبارتی بهره بردار سیستم توزیع، بازآرایی را به منظور ارتقاء مشخّصات واحد معادل شرکت توزیع انجام می دهد. به این ترتیب یکی از فانکشن های اتوماسیون توزیع، متناسب با نیازهای جدید و همچنین متناسب با گسترش فعّالیّتهای بهره بردار سیستم توزیع به گونه ای به کار گرفته می شود تا تولیدات پراکنده به صورت بهینه در فراهم سازی انرژی و مدیریّت سیستم مشارکت داده شوند. برای شناسایی و حذف توپولوژی های ناموجّه حلقوی و جزیره ای که در حین بازآرایی به وجود می آیند، دو الگوریتم ابتکاری به کار گرفته می شود. روش ارائه شده بر روی شبکه نمونه ای اجرا و نتایج ارائه می شود. در انتها مدلی برای توسعه همزمان شبکه و تولید پراکنده در بستر شبکه توزیع فعّال ارائه می گردد. از مشخّصات واحد معادل شرکت توزیع و تابع سود توسعه یافته در مدلسازی توسعه استفاده می شود. به این ترتیب، سیگنال های بهره برداری در توسعه سیستم وارد می شود. فرمولاسیون ارائه شده توسعه چند مرحله ای (دینامیک) سیستم را ممکن می سازد. الگوریتم پیشنهادی برای توسعه، بازآرایی شبکه را دربر می گیرد تا تولیدات پراکنده در محل هایی استقرار یابند تا در یک رویکرد جامع، بهره وری بیشینه ای از آنها فراهم گردد. علاوه بر قیود فنی مورد نیاز در برنامه ریزی توسعه (قیود شبکه، پست و تولیدات پراکنده)، پارامترها و عوامل اقتصادی مختلفی شامل تورّم، استهلاک، مالیات، قرض، بهره و محدودیت بودجه به طور جامع در مدلسازی درنظر گرفته می شود. مدل پیشنهادی بر روی شبکه های مختلف و تحت سناریوهای مختلف (شامل تعداد دوره های زمانی مختلف سرمایه گذاری، استقراض جهت تأمین منابع مالی سرمایه گذاری، محدودیت بودجه، الگوهای مختلف بار، بازآرایی شبکه) پیاده سازی می شود. تحلیل حساسیت برای سناریوهای مختلف (قیمت های بازار، قمیت های سوخت و میزان بار) ارائه می شود. همچنین سناریویی برای توسعه جامع سیستم توزیع انرژی (شامل گزینه های تقویت پست ها و فیدرها و نصب تولید پراکنده) اجرا و با نتایج توسعه تولید پراکنده مقایسه می شود.

در میان روشهای مختلف ذخیره انرژی الکتریکی استفاده از پتانسیلهای انرژی آب به شکلهای مختلف مورد توجه بشر بوده است. نیروگاه تلمبه ذخیره ای راه کار هوشمندانه ای برای ذخیره انرژی و کاهش هزینه ها، بهبود قابلیت اطمینان سیستم و محدود سازی وابستگی تولید برق به مصرف سوخت و ایجاد توسعه با آلودگی کمتر است. نیروگاه تلمبه ذخیره ای که با سرعت ثابت کار می کند امکان عملکرد در راندمان بهینه در حالت ژنراتوری را نداشته و در حالت پمپی نیز نمی توانند بصورت کنترل شده عمل نمایند. این محدودیتها موجب شد تا لزوم استفاده از ماشینهای دور متغیر مورد توجه قرار بگیرد. استفاده از واحدهای دور متغیر در نیروگاههای تلمبه ذخیره ای در مقایسه با دور ثابت راندمان و انعطاف پذیری بهره برداری را به طور قابل ملاحظه ای افزایش می دهد. از دیدگاه اقتصادی با توجه به جایگزینی مبدل فرکانس و تحریک بدون جاروب در سیستمهای دور ثابت با مبدلهای الکترونیک قدرت مدار روتور در سیستمهای دور متغیر، می توان پیش بینی کرد که کاربرد این سیستمها افزایش هزینه قابل توجهی را به پروژه های تلمبه ای ذخیره ای تحمیل نمی کند. نکته قابل توجه امکان استغاده از مبدل الکترونیک قدرت طرف روتور بعنوان یک جبران کننده استاتیکی سریع در شبکه می باشد. پروژه مذکور با انگیزه مطالعات امکان سنجی،شبیه سازی و بررسی مزایای فنی و اقتصادی مورد نیاز ارائه شده است. در ابتدا با انجام مطالعات، به طراحی و شبیه سازی دو ماشین سنکرون و dfig در مشخصات برابر می پردازیم، تا بتوانیم استفاده بهتر از سیستم دور متغیر نسبت به دور ثابت را تا حدودی از نظر ساختاری بیان نموده و مزیت ها و معایب هر سیستم را شرح دهیم.در همین راستا به بررسی فنی و اقتصادی و همچنین مقایسه دیگر اجزاء این دو سیستم خواهیم پرداخت. در ادامه با استفاده از نرم افزار شبیه سازی matlab با مشخصات جدید به بررسی و مقایسه عملکرد حالت دائمی در چهار حالت مختلف، پایداری دینامیکی، نیازهای شبکه، سیستم الکترونیک قدرت در نیروگاه تلمبه ذخیره ای پرداخته ایم. در آخر یک ماشین dfig برای کاربرد در نیروگاه تلمبه ذخیره ای شبیه سازی شده که قادر به کنترل توان اکتیو و راکتیو با استفاده از روش کنترلی dpc می باشد. نتایج حاصل شبیه سازی ها ارائه شده است.