گستره کاربرد پست های gis به خاطر مزیت های متعدد آن ها از قبیل کوچک سازی پست ها، مشخصه های ضد آلودگی، قابلیت اعتماد بالا و عدم نیاز به تعمیر و نگهداری متوالی، در حال توسعه می باشد. یکی از پدیده هایی که فواصل عایقی داخل محفظه بسته را در این نوع پست ها مورد تهدید قرار می دهند، وقوع اضافه ولتاژهای بسیار سریع می باشد که این نوع اضافه ولتاژها معمولا در اثر عملکرد کلیدزنی سکسیونرهای پست بوجود می آیند. مدل سازی پست های gis و عناصر و تجهیزات آن ها جهت شبیه سازی اضافه ولتاژهایی بسیار سریع در این پست ها، هدف این پایان نامه می باشد. مدل هایی که برای این امر به کار می روند باید با محدوده فرکانسی اضافه ولتاژهای بسیار سریع که معمولا بین khz 100 تا mhz 50 می باشد، مطابقت داشته باشند. در این پایان نامه، روش جدیدی موسوم به روش کابل با محفظه لوله ای برای مدل سازی شین و محفظه gis ارایه گردیده است که اشکالات و نقایص روش متداول یعنی استفاده از مدل خط با پارامترهای گسترده را رفع می نماید. با استفاده از شبیه سازی یک پست gis 500 کیلوولتی، به بررسی اضافه ولتاژهای بسیار سریع و عوامل موثر بر بیشینه دامنه آن ها پرداخته شده است. همچنین پست gis 132 کیلوولتی اروندکنار، با بکارگیری روش کابل با محفظه لوله ای مدل سازی گردیده و بیشینه دامنه اضافه ولتاژهای بسیار سریع در این پست، مورد محاسبه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که با ازدیاد ولتاژ باقیمانده کنتاکت سمت بار سکسیونر در حال کلیدزنی و همچنین با افزایش طول شینی که در سمت بار این سکسیونر قرار دارد، دامنه اضافه ولتاژهای بسیار سریع در نقاط مختلف پست gis افزایش می یابد. این نتایج، نقش مثبت تجهیزات حفاظتی مانند برق گیرهای پست و موج گیرها را بر کاهش دامنه اضافه ولتاژهای بسیار سریع به اثبات می رسانند. با محاسبه ولتاژ گذرای محفظه و بیشینه دامنه آن در نقاط مختلف پست gis 132 کیلوولتی اروندکنار، مشاهده گردید که با کاهش امپدانس اتصال زمین محفظه و افزایش تعداد این اتصالات، امکان کاهش دامنه ولتاژ گذرای محفظه در حد قابل قبول فراهم می باشد. بیشترین دامنه اضافه ولتاژهای بسیار سریع در پست 500 کیلوولتی برای ولتاژ باقیمانده 1- پریونیت، به 3/2 پریونیت و در پست 132 کیلوولتی اروندکنار برای حالت بدون ولتاژ باقیمانده به 74/1 پریونیت نسبت به ولتاژ فاز به زمین پست رسیده است.

در این پروژه برای تخمین عمر عایقی کابل های فشار قوی از روش های تحلیلی (ریاضی) و شبکه عصبی استفاده شده است. در تخمین عمر عایقی به روش تحلیلی، در یک مطالعه موردی عمر کابل های فشار قوی با عایق های پلی اتیلن کراس لینک و لاستیک اتیلن پروپیلن تحت تنش های الکتریکی-حرارتی، تغییرات بار و گذارهای حرارتی تخمین زده شده است. برای این منظور از مدل الکتریکی-حرارتی مناسب و مدل احتمالی ویبول استفاده شده است. عمر کابل های مذکور در شرایط وجود گذارهای حرارتی و عدم وجود آن ها پیش بینی شده است. برای محاسبه گذارهای حرارتی از شبکه دو حلقه حرارتی استفاده شده است. حلقه اول مربوط به لایه های نازک کابل و حلقه دوم به لایه ضخیم محیط اطراف کابل(خاک) مربوط است. نتایج بدست آمده حاکی از تاثیر شدید تغییرات بار روی کابل لاستیک اتیلن پروپیلن است. بطوری که عمر کابل نسبت به عمر نامی به شدت کاهش پیدا می کند. صحت نتایج بدست آمده در مقایسه با نتایج موجود در مراجع اصلی به اثبات رسیده است. در تخمین عمر عایقی به روش شبکه های عصبی مصنوعی، عمر عایقی کابل های فشار قوی با عایق پلی اتیلن کراس لینک تحت تنش های حرارتی، الکتریکی و الکتریکی -حرارتی تخمین زده شده است. برای ابن منظور ابتدا با استفاده از تست های عملی انجام گرفته در مراجع، عمر عایق های الکتریکی تحت تنش های حرارتی، الکتریکی بدست آمده و با برازش منحنی غایق ها در دماها و شدت میدان الکتریکی مختلف محاسبه شده است. داده های بدست آمده برای آموزش و تست شبکه های عصبی بکار رفته است. ورودی های شبکه عصبی، دما، شدت میدان الکتریکی، مقاومت حرارت خاک، مقاومت حرارتی لایه های کابل انتخاب شده اند. مقایسه نتایج شبکه عصبی با داده های بدست آمده از تست عملی و برازش منحنی نشان دقت مناسب شبکه های عصبی مصنوعی بکار رفته داشته است.

در این پایان نامه الگوریتم جدیدی برای دسته بندی خطا در خطوط انتقال تک مداره و دو مداره (خطاهای درون مداری و بین مداری) با استفاده از الگوریتم درخت تصمیم ارایه می شود. الگوریتم پیشنهادی به اطلاعات ولتاژ و جریان تنها یک سمت خط نیاز دارد. ابتدا با استفاده از تیوری امواج گذرا زمان دقیق وقوع خطا مشخص گشته و پس از تشکیل پنجره زمانی ms 10، شامل تعدادی از نمونه های پیش از خطا و تعدادی از نمونه های پس از خطا (که این تعداد در خطوط تک مداره و دو مداره و با توجه به طول خط انتقال مشخص می گردد) با استفاده از تبدیل فوریه گسسته نیم سیکل فازورهای هارمونیک های فرد ولتاژ و جریان ها تا فرکانس نوزدهم محاسبه می گردد. سپس مقدار و زاویه این فازورها به یک درخت تصمیم اعمال می شود و عمل دسته بندی به وسیله درخت آموزش داده شده با استفاده از الگوریتم random forest انجام می پذیرد. برای برآورد دقت الگوریتم پیشنهادی، شبیه سازی هایی بر روی خطوط انتقال تک مداره و دو مداره با استفاده از نرم افزار pscad انجام شده است که دقت 100% را برای دسته بندی خطا به وسیله الگوریتم پیشنهادی نشان می دهد. زمان مورد نیاز برای این دسته بندی در هر یک از خطوط تک مداره و دو مداره نسبت به سایر روش های ارایه شده بسیار مطلوب می باشد.

در قسمت اول این پایان نامه روش جدیدی برای تشخیص و کلاسه بندی خطا در شبکه های انتقال با استفاده از منطق فازی ارایه شده است. الگوریتم معرفی شده از زاویه جریان فازها استفاده می کندو با استفاده از آن ها وقوع خطا را تشخیص داده و نوع آن را شناسایی می کند. از نرم افزار atp برای تولید اطلاعاتحالت عادی و حالت هایمختلف خطا استفاده شده است.سپس برای نشان دادن کارآیی روش جدید، دو روش قبلی مبتنی بر منطق فازی به طور خلاصه معرفی و نتایج سه روش باهم مقایسه شده اند که نشان دهنده دقت بیشتر و سرعت مناسب روش جدید نسبت به روش های قبلی است. در قسمت دوم پایان نامه برای اولین بار از شبکه های عصبی پیشخور، که کلاسه بندهای مناسبی می باشند، برای شناسایی نوع خطا در یک سیستم قدرت چند-پایانه ای استفاده شده است.سیگنال های جریان ولتاژ که با استفاده از شبیه سازی های صورت گرفته در atp بدست آمده اند، نرمالیزه شده و برای تشکیل دادن الگوهای آموزشو آزمون استفاده شده اند. ساختارهای شبکه عصبی با یک و دو لایه میانی با تعداد سلول مختلف برای دو نوع الگوی تمام سیکل و نصف سیکل آموزش دیده اند و سپس با الگوهای ورودی جدید مورد ارزیابی قرار گرفته اند. نتایج بدست آمده سرعت و دقت این روش را در کلاسه بندی خطا نشان می دهد.

در مدارهای توزیع هر گاه هادی برق دار بریده شده و با یک جسم امپدانس بالا مانند درخت، زمین خشک و ... برخورد کند بدلیل امپدانس بالای جسم وولتاژ اندک مدار، جریان کمی از آن عبور خواهدکرد. این خطاها عمدتا در مدارهای توزیع زیر 20 کیلوولت اتفاق می افتد و جریان آنها عمدتا زیر 100 آمپر می باشد. در این پروژه روشی مبتنی بر الگوریتم درخت تصمیم برای شناسایی خطای امپدانس بالا در شبکه توزیع ارائه شده است. در این روش اندازه های هارمونیک دوم، سوم، پنجم، مقدار موثر جریان فیدر و فاز مربوط به هارمونیک سوم به همراه اغتشاش ایجاد شده در مجموع انرژی فرکانسهای هارمونیکی و میان هارمونیکی تا 400 هرتز که بر اثر وقوع خطای امپدانس بالا ایجاد شده تشخیص داده می شود. سپس این اطلاعات به درخت تصمیم به عنوان طبقه بندی کننده برای تشخیص الگو داده می شوند. طرح پیشنهادی قادر به تشخیص خطای امپدانس بالا از اتفاقات معمول در سیستم قدرت همچون کلیدزنی بار، کلیدزنی بانک خازنی، برق دار کردن ترانسفورماتور و بار هارمونیکی می باشد. هم چنین در این پروژه تاثیر عوامل مختلف: نوع بردار خصوصیت (فاز هارمونیکی، انرژی هارمونیکی و اندازه هارمونیکی)، اندازه نرخ نمونه برداری، طول پنجره پیش پردازش و طول بازه ای که اطلاعات مربوط به بردار خصوصیت در آن بدست آمده است، بر روی دقت، پیچیدگی و مدت زمان تشکیل درخت تصمیم بررسی شده است که نتایج اجرای روش، دقت بسیار خوب آن را نشان می دهد.

این تحقیق شامل محاسبات و تحلیلهای فنی و اقتصادی جهت اجرای طرحهای نصب مدارهای کابلی می باشد و برای این منظور دو نرم افزار تهیه شده است . تعیین حداکثر جریان مجاز کابلها با توجه به عوامل متعددی همچون اثر پوستی ، اثر مجاورت هادیها ، تلفات گردابی و گردشی غلافها ، تلفات گردابی و هیسترزیس محافظها برای انواع کابلها در شرایط نصب مختلف اولین هدف محاسبات فنی است . اما انتخاب حداقل مقطع با توجه به حداکثر جریان مجاز فقط هزینه اولیه را حداقل می کند و در طول عمر مفید کابل باعث ایجاد بیشترین تلفات ممکن می گردد. بنابراین باید مجموع هزینه اولیه خرید و نصب کابل و هزینه تلفات در طول عمر مفید آن با معیاری مناسب حداقل گردد. برای تعیین مقطع بهینه اقتصادی کابلها علاوه بر نتایج و پارامترهای حاصل از محاسبات فنی ، داده ها و پارامترهای مهم دیگری از جمله مشخصات بار مدار کابلی در طول عمر مفید آن ، نرخ کاهش بهره سالانه ، هزینه های خرید نصب مقاطع مختلف کابل ، قیمت انرژی الکتریکی و هزینه تقاضا(دیماند) و افزایش سالانه آن دو مورد نیاز می باشند. روش ساخت منحنی بار ساعتی یک سال با استفاده از دو جدول که مجموع تعداد عناصر آند و به 100 هم نمی رسد، شیوه ابداعی این تحقیق می باشد.

خطاهای امپدانس بالا عموما"در سیستم های توزیع اتفاق می افتد و هدف اصلی از آشکارسازی این نوع خطاها حفاظت از جان انسانها و جلوگیری از بروز آتش سوزی می باشد. در این پروژه آزمایش خطاهای امپدانس بالا در پست آب سرد دماوند انجام گردید. اما از آنجاییکه نتایج حاصل از آزمایش به مشخصات سیستم و محل آزمایش و همچنین مشخصات دستگاه اندازه گیری بستگی دارد، لذا برای کسب اطلاعات جامع در مورد خطاهای امپدانس بالا باید این نوع خطاها را شبیه سازی کرد. در این پروژه یک مدل اصلاح شده برای خطاهای امپدانس بالا ارائه شده است .

بطور کلی یک سیستم قدرت ، از سه بخش تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی تشکیل شده است بطوریکه سرمایه گذاری در بخش سیستم توزیع حدود 40 درصد از کل سرمایه گذاری در سیستم قدرت را تشکیل می دهد و بر این اساس بهینه سازی شبکه توزیع مقدار قابل توجهی از هزینهء سرمایه گذاری در سیستم قدرت را کاهش می دهد. از سوی دیگر با رشد تکنولوژی مصرف انرژی یافته که در نتیجه این امر باعث گسترش سیستم توزیع می گردد. گسترش سیستم توزیع منجر به افزایش سرمایه گذاری در این بخش شده و با توجه به سنگین بودن هزینهء احداث سیستم توزیع، انجام ملاحظات اقتصادی در طراحی این بخش از سیستم قدرت ضروری است زیرا حتی درصد کمی صرفه جویی از هزینه های ساخت با توجه به وسعت سیستم توزیع رقم قابل توجهی را شامل می شود. یکی از بخشهای اصلی در بهینه سازی شبکهء توزیع، جایابی بهینهء پستهای فشار ضعیف و همچنین انتخاب ظرفیت بهینه آنهاست . در این مورد روشهای کامپیوتری متعددی را می توان نام برد که ضمن ارائه یک طرح بهینه، حتی الامکان محدودیتهای موجود را نیز رعایت می نماید. در این گزارش با مرور روشهای موجود در جایابی بهینهء پستهای فشار ضعیف روش کامپیوتری جدید و مناسبی ارائه می گردد. که با استفاده از شرایط و اطلاعات شبکهء توزیع مسئله جایابی پستها مورد بررسی قرار می گیرد و دارای ویژگیهای خاصی از قبیل منظور کردن قید افت ولتاژ، در نظر گرفتن هزینهء سیستم فیدر تابع هزینهء، و جایابی بهینه بطور منطقه ای (localization) و همچنین خارج نمودن نقاط زیادی از ترکیبات غیرقابل قبول از فضای جواب است . روش فوق برای یک شبکه توزیع واقعی آزمایش گردیده است .

در این پروژه مسائل حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور مطالعه گردیده . یک سیستم فازی جهت حفاظت ترانسفورماتور قدرت طراحی و شبیه سازی شده است . در این راستا ابتدا روشهای دیجیتال حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور بررسی شده اند و چگونگی عملکرد آنها مقایسه شده است . سپس جهت مطالعه دقیقتر مسائل حفاظت دیفرانسیل، خطاهای داخلی ترانسفورماتور و پدیده های دیگری که در حفاظت دیفرانسیل موثرند شبیه سازی شده اند. نتایج این شبیه سازیها پردازش گردیده و بااستفاده از آنها قوانین فازی و توابع غضویت مربوط به آنها استخراج شده است . سیستم حفاظتی به گونه ای طراحی شده است که علاوه بر میزان اطمینان در وقوع خطای داخلی، میزان اطلاعات سیگنال و ضریب خسارت ناشی از عملکرد نادرست نیز در تصمیم گیری رله استفاده شده اند. سپس این سیستم شبیه سازی گردیده و با استفاده از داده های شبیه سازی و آزمایشگاهی مورد آزمایش قرار گرفته است . نتایج آزمایشها نشان داده است که رله قادر است در صورت وقوع خطای داخلی در زمان کمتر از یک سیکل آنرا تشخیص داده و دستور عملکرد صادر نماید و در موارد غیر خطا نیز رله هیچگاه عمل نکرده است .

در پستهای فشار قوی به منظور ایجاد ایمنی برای افراد داخل و اطراف پست و همچنین حفاظت تجهیزات در شرایط غیرعادی مثل اتصال کوتاه یا برخورد صاعقه به خطوط و یا پست بایستی از سیستم زمین استفاده شود و قسمتهای لازم پست به نحو موثری به این سیتم متصل گردد. بدین منظور در اکثر موارد لازم است شبکه ای متشکل از هادی های افقی به هم متصل شده و همچنین میله های عمودی را در زیرزمین پست به وجود آورده و بدنه فلزی تمام تجهیزات و نقاط نوترال را به نحو موثری به آنها متصل نمائیم تا مقادیر ولتاژهای گام و تماسی در محدوده پست و اطراف آن در حدود قابل قبولی کنترل گردد. روش طراحی شبکه های زمین معمولا با استفاده از فرمولهای تقریبی ieee80 انجام می گیرد، با توجه به اینکه در ابداع فرمولهای استانداد فوق الذکر در شبکه های زمین محدودیتهائی از نظر ابعاد شبکه، عمیق شبکه و فواصل هادی ها وجود دارد و با توجه به تنوع شکل شبکه های زمین لزوم بررسی و محاسبه دقیق شبکه بهای زمین بر اساس اصول الکترومغناطیسی و در نظر گرفتن لایه بندی خاک (بصورت دو لایه یا چند لایه)، بدون استفاده از فرضیات و محدودیتهای موجود در استاندارد فوق احساس می گردد تا نتایج دقیق تری جهت طراحی داشته باشیم در این پروژه مبانی طراحی شبکه های زمین در پستهای فشار قوی و روشهای معمول و ارائه شده در استاندارد ieee80 سال 1986، روش ممان جهت پارامترهای شبکه مدفون در خاک تک لایه (یکنواخت)، بررسی پارامترهای شبکه زمین در خاک دو لایه و چند لایه، نحوه مدل سازی مقاومت پا به منظور محاسبه ولتاژهای مجاز تماس و گام، تاثیر سیستمهای زمین اطراف بر نحوه توزیع جریان بررسی گردیده و برنامه کامپیوتری که طی این پروژه به منظور طراحی شبکه های زمین نوشته شده (gridpro) معرفی می شود. همچنین در این پروژه شبکه زمین در این پستها، از طریق تغییر پارامترهای موثر در آن ارائه گردیده است .

روشهایی که در حال حاضر بطور معمول برای حفاظت انتقال بکار می روند عبارتنداز: روش دیستانس ، روش مقایسه فازی و روش مقایسه جهت دار که روشهای فوق به دلیل منابع متعدد خطای عملکرد رله هیچگاه نتوانسته اند وظیفه حفاظخ را به طور کامل انجام دهند. خطاهای امپدانس بالا خطاهایی هستند که دارای جریان بسیار کمی بوده و توسط حفاظخهای معمول قابل آشکارسازی نیستند. این نوع خطاها اغلب هنگامی رخ می دهند که یک هادی، شکسته شده و بر روی زمین افتاده و باعث ایجاد خطراتی برای عموم می شود. در این پروژه الگوریتمی برای حفاظت خطوط انتقال فشار قوی در مقابل خطاهای امپدانس بالا ارائه می گردد که با تعریف مفاهیم جدید، از سیگنالهای فرکانس بالای ناشی از قوس خطا برای آشکارسازی خطاهای امپدانس بالا استفاده می کند. براساس این حقیقت که رفتار غیرخطی قوس بر روی ولتاژ و جریان خطا تاثیر گذاشته و شکل آنها را خراب می کند می توان با اندازه گیری و پردازش جریان و ولتاژ خط پدیده قوس زدن را آشکار نمود. برای تشخیص درست خطا از سه پارامتر فرکانسهای هارمونیک های فرد، فرکانسهای هارمونیک های زوج و فرکانس های هارمونیک های بینابینی استفاده است . با نمونه برداری از جریان خط، پارامترهای فوق استخراج شده و الگوریتم با پیگیری تغییرات ناگهانی در متوسط توان این پارامترها در محدوده زمانی مشخص ، حالتهای خطا، کلیدزنی و حالت عادی را به تفکیک تشخیص می دهد. پیاده سازی الگوریتم در نرم افزار maltab for windows همراه با بکار بردن مدل ریاضی قوس که در نرم افزار emtp پیاده سازی شده بود نشان داده است که الگوریتم قادر به تشخیص خطاهای امپدانس بالا همراه با جرقه در سیستمهای قدرت و تفکیک آن از حالت کلیدزنی بوده و تحت تاثیر عواملی از قبیل زاویه شروع خطا و تغییر امپدانس خط واقع نمی شود و این الگوریتم می تواند بعنوان یک ابزار موثر برای آشکارسازی خطاهای امپدانس بالا همراه با جرقه مورد استفاده قرار گیرد. الگوریتم پروژه بر روی یکی از خطوط شبکه سراسری ایران نیز پیاده سازی شده است .