در بسیاری از بازارهای برق در سراسر جهان علی رغم رقابتی شدن بخش تولید و توزیع، بخش انتقال همچنان بصورت انحصاری بهره برداری می شود. در یک صنعت انحصاری قیمت گذاری مبتنی بر هزینه، اساس قیمت گذاری است. لذا هدف اصلی در قیمت گذاری انتقال براساس این دیدگاه تعیین ارزش خدمات انتقال و سپس تخصیص آن به استفاده کنندگان به طریقی است که هزینه های انجام شده برگشت داده شود. دیدگاه قیمت گذاری گرهی مبتنی بر قیمتهای نهایی یکی از بهترین روشهای قیمت گذاری انتقال به جهت ارائه سیگنال به بازیگران جهت استفاده موثر از شبکه است. ولی این روش قادر به پوشش کامل هزینه های انتقال نمی باشد. برای حل این مشکل بایستی قیمت باسها از مقدار نهایی به نحوی به مقدار جدید تغییر داده شود تا دیدگاه قیمت گذاری گرهی قادر به پوشش کامل هزینه های انتقال گردد. هدف اصلی این رساله، ارائه روشهایی جهت محاسبه قیمت باسها است تا هزینه های انتقال براساس دیدگاه قیمت گذاری گرهی تخصیص داده شود. در این رساله، قیمت باسها به نحوی تنظیم می شود تا ضمن کمترین انحراف از قیمت های نهایی، کل هزینه های انتقال پوشش داده شود و همچنین سهم کل بارها (یا ژنراتورها) از هزینه های انتقال در یک نسبت از قبل تعیین شده، قابل کنترل باشد. یکی دیگر از مطالعات مورد نیاز در مساله تخصیص هزینه انتقال، انجام آن برای یک شبکه ناحیه بندی شده است. نواحی می توانند شبکه انتقال یک کشور در انتقال بین المللی و یا بخشهای محلی انتقال در شبکه یک کشور باشند. در این رساله الگوریتمی جهت تخصیص هزینه انتقال در شبکه چند ناحیه ای براساس دیدگاه قیمت گذاری گرهی توسعه داده شده است. اقتصاددانان نیز مساله عدم پوشش هزینه ها توسط روش قیمت گذاری هزینه نهایی در یک صنعت انحصاری را برای سالهای زیادی مورد مطالعه قرار داده اند که بهترین نظریه در این زمینه، نظریه قیمت گذاری رمزی است. در این رساله روش جدیدی جهت محاسبه قیمت جدید باسها جهت پوشش هزینه انتقال براساس مفهوم نظریه رمزی ارائه شده است.

در جهان امروزی در دسترس¬پذیری، قابلیت اطمینان و کیفیت توان به این دلیل که تجهیزات استفاده شده در صنعت مدرن بر اساس نیمه هادی¬ها و میکروپروسسورهایی که در برابر اختلالات برق حساس هستند بسیار مهم می¬باشند. شناسایی منابع آلوده کننده و سطح آلودگی آنها می¬تواند به رفع تعارض میان مشترکین و شرکت برق کمک کند. با توجه به افزایش رقابت در بازار برق، موضوع کیفیت توان در کنار قابلیت اطمینان می¬تواند حائز اهمیت باشد، بنابراین مانیتورینگ کیفیت توان می¬تواند به شرکت¬های قیمت گذاری برای انرژی با کیفیت بهتر و هزینه کمتر و مخصوصا برای مشترکینی که نیاز به برقی بدون اختلالات دارند کمک کند. بر اساس مطالعات اخیر بر¬روی کیفیت توان فرورفتگی¬ ولتاژ پرتکرارترین نوع اختلال و اثر آنها بر روی بارهای حساس بسیار سخت می¬باشد. به همین دلیل در این رساله جایابی بهینه مانیتورهای کیفیت توان براساس شاخص فرورفتگی ولتاژ انجام شده است. در ابتدا اتصال کوتاه به عنوان مهمترین عامل فرورفتگی ولتاژ انجام شده و با استفاده از نتایج آن در منطقه تحت نظارت هر مانیتور تابع هدف و قید مسئله تعریف شده است. پس از آن توسط الگوریتم ژنتیک تعداد بهینه مانیتورها و مکان آنها به صورت مجموعه¬ای از جواب¬ها استخراج شده است. در ادامه این مکان¬ها توسط دو شاخص معرفی شده بر اساس حداکثر همپوشانی مانیتورها و شاخص احتمالی نرخ وقوع خطا مورد ارزیابی قرار گرفته است و بهترین مکان نصب مانیتورها از مجموعه جواب¬ها انتخاب شده است.

حرکت به سمت شبکه های هوشمند به عنوان شبکه هایی با کارایی بالا در افق توسعه صنعت برق خودنمایی می کند. استفاده گسترده از المان های الکترونیک قدرت در شبکه های هوشمند به منظور تامین بارهایی نظیر ایستگاه های شارژر خودروی برقی و یا اتصال تولیدکننده هایی نظیر پنل های خورشیدی و...، به شبکه، موجب تولید هارمونیک و آلوده کردن شبکه می گردد. پدیده هارمونیک یکی از مهم ترین بحث ها در کیفیت توان است که موجب افزایش تلفات و حرارت در سیستم، اشغال ظرفیت ترانس ها، خطا در رله ها و...، می شود. از طرفی شبکه های هوشمند باید توانایی پاسخگویی به بارهای غیرخطی بزرگ در شبکه های فعلی را نیز دارا باشد مانند کوره های قوس الکتریکی، svc، hvdc و...، لذا مطالعه رفتار هارمونیکی این شبکه ها بسیار مهم است. الگوریتم ها و نرم افزارهای تحلیل کننده هارمونیک به گونه ای محاسبات خود را انجام می دهند که در پایان مشخص نیست هر بار غیرخطی چه سهمی در تلفات خطوط شبکه را دارد. الگوریتم ارائه شده در این پایان نامه روشی ساده و سریع را برای پخش بار هارمونیک معرفی می کند که معایب فوق را نداشته و سهم بارهای غیرخطی را نمایش می دهد. همچنین در این پایان نامه پس از مقایسه روش های مدل سازی بارهای غیرخطی، روشی جدید با بهره گیری از الگوریتم های فرا ابتکاری معرفی می شود. روند کلی پایان نامه به گونه ای است که در ابتدا پس از معرفی شبکه های هوشمند و ویژگی های آن، گزیده ای از هارمونیک در سیستم های قدرت معرفی شده و معایب آن مطرح می شود، در ادامه پخش بار هارمونیک گسسته به عنوان روش پیشنهادی برای تحلیل هارمونیک مطرح می گردد و به شرح و توضیح تفصیلی قسمت های آن پرداخته می شود. سپس مدل سازی بارهای غیرخطی بزرگ مانند کوره های قوس الکتریکی، پارک های بادی، مزارع خورشیدی و...، در دستور کار قرارگرفته و پس از معرفی و مقایسه روش های موجود، روش هایی جدید برای مدل سازی کاراتر پیشنهاد می شود. بهره گیری از الگوریتم های پیشرفته نظیر ژنتیک و بهینه سازی ازدحام ذرات در الگوریتم تحلیل هارمونیک پیشنهادی به منظور بهینه تر کردن آن فصل چهارم این پایان نامه را به خود اختصاص داده است. در فصل پنجم نتایج شبیه سازی های انجام شده با استفاده از الگوریتم پیشنهادی در قالب جداول و اشکال گزارش می گردد و فصل ششم به تحلیل نتایج آن ها اختصاص دارد.

با گسترش استفاده ی روز افزون از قطارهای برقی شهری به عنوان وسیله حمل و نقل عمومی، مسافران قطارهای برقی انتظار دارند که قطارها با سرعت بیشتر حرکت کرده و زمان کمتری را صرف انتظار در ایستگاه¬ها بکنند. یکی از فاکتورهای مهم در زود رسیدن قطارها، سرفاصله زمانی یا فاصله ی زمانی بین دو قطار است که به دلیل مسایل کیفیت توان، قابلیت اطمینان و مسایل امنیتی شبکه نمی توان آن را از حد معمول کاهش داد، هر چند قطارها برای سرفاصله زمانی کمتر از آن طراحی شده اند. در این مقاله با استفاده از برنامه ی m_file نرم افزار matlab و پخش بار دینامیکی به روش نیوتن-رافسون، شبکه قطار برقی به طول 26 کیلومتر و هفت پست ترکشن در سیستم شعاعی و از دوسو تغذیه شبیه سازی شده است که با کاهش سرفاصله زمانی تعداد قطارهای در حال حرکت سیستم افزایش یافته و باعث فروپاشی ولتاژ می شود. با استفاده از الگوریتم پیشنهادی، فروپاشی ولتاژ ضعیف¬ترین باس در سیستم شعاعی و از دو سو تغذیه، به ترتیب در سرفاصله زمانی 150 و 97 ثانیه رخ داد. میزان بار پذیری ضعیف ترین باس با ثابت نگه داشتن بار دیگر باس ها در شبکه شعاعی با سرفاصله زمانی مشخص تعیین گردید. مشخص شد سیستم با کاهش سرفاصله زمانی زودتر به مرز نایداری کشانده می شود و میزان بارپذیری سیستم تغذیه ی قطار برقی کاهش می یابد و این به خاطر افزایش بارگذاری در دیگر باس ها می باشد.

در این پایان نامه روش های مختلف کنترل ولتاژ در شبکه های توزیع معرفی می شوند. از آنجا که تولیدات پراکنده معمولا در سطح ولتاژ توزیع و در نزدیکی مصرف کنندگان انتهایی مورد استفاده قرار می گیرند، افزایش تولید در این بخش موجب ایجاد اختلال در عملکرد تجهیزات موجود در شبکه توزیع، نوسانات ولتاژ و مشکلات کنترلی خواهد شد. تا زمانی که dg مزایای زیادی از قبیل، کاهش تلفات انتقال، آزاد کردن بازارهای برق وکاهش استفاده از منابع سوخت فسیلی دارد، تعداد dgهای متصل به شبکه های توزیع محلی در حال افزایش هستند و شبکه های توزیع پیچیده تر می شوند. در نتیجه تنظیم ولتاژ در شبکه و همچنین در نقطه اتصال dg از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. در این تحقیق روشی را معرفی می کنیم که توسط ترانسفورماتورهای oltc می توان ولتاژ شبکه توزیع را هنگامی که dgهای متصل به شبکه در حال افزایش هستند، کنترل نمود. شبیه سازی های انجام شده نشان می دهد که استفاده همزمان از تولیدات پراکنده و ترانسفورماتورهای oltc، برای اصلاح مشکلات کنترل ولتاژ، با افزایش نفوذ dg در شبکه های توزیع موثرتر و قابل اطمینان تر می باشد.

حلقه قفل شده در فاز (pll)، به طور گسترده در سنکرون سازی مبدل ها و منابع استفاده می شود. عملکرد pll تکفاز در شرایط ایده آل، بسیار سریع و مناسب بوده، اما در شرایط هارمونیکی بودن ولتاژ شبکه به شدت افت می یابد. در این پایان نامه ساختارهای معروف و پرکاربرد pll تکفاز معرفی گردیده و تاثیر هارمونیکی بودن ولتاژ شبکه بر عملکرد آن بررسی می شود. در ادامه برای حذف اعوجاج های ناشی از هارمونیک ها و با هدف بهبود پاسخ این pllها، فیلتر دیجیتالی میانگین متحرک (maf) برای افزودن به این ساختارها معرفی می گردد. سپس چالش اساسی در استفاده از این فیلتر بیان شده و راه حل های آن نیز بحث می گردد. همچنین به منظور کارکرد بهتر فیلتر maf در زمان تغییر فرکانس شبکه، ضریب فیلتر به صورت همزمان اصلاح می شود. نتایج شبیه سازی در محیط نرم افزار matlab نشاندهنده ی عملکرد صحیح این pllهای بهبود یافته در شرایط گوناگون شبکه می باشد.

نیاز روز افزون به انرژی الکتریکی، محدود بودن سوخت منابع فسیلی و افزایش آلودگی های زیست محیطی، استفاده از منابع انرژی پاک هم چون انرژی باد را در صنعت برق به امری ضروری و اجتناب ناپذیر تبدیل کرده است. از طرفی با توجه به کمبود مساحت خشکی و سهیم بودن بخش وسیعی از کره زمین به جغرافیای دریایی، رویکرد توسعه مزارع بادی فراساحلی امری توجیه پذیر است. توربین های بادی سرعت متغیر به دلیل کیفیت توان بهتر به سرعت در حال جایگزینی به جای توربین های بادی سرعت ثابت هستند و از طرف دیگر ژنراتورهای dfig نیز به دلیل توانایی تزریق و کنترل توان راکتیو و عدم نیاز به بانک های خازنی، موارد استفاده بیشتری را به خود اختصاص داده اند. هم چنین، افزایش ظرفیت مزارع بادی موجب شده است که شبکه انتقال جریان مستقیم ولتاژ بالا مبتنی بر مبدل های منبع ولتاژ (vsc-hvdc) یکی از گزینه های ارجح جهت انتقال توان این منابع به مسافت های دوردست باشد. وجود کنترل کننده های توان اکتیو و راکتیو جهت کنترل توان خروجی توربین بادی مبتنی بر dfig و نیز وجود کنترل کننده های ولتاژ، توان اکتیو و راکتیو جهت کنترل ولتاژ و توان انتقالی خطوط vsc-hvdc، زمینه ی ایجاد کنترل بهتر و بهبود کیفیت توان انتقالی مزارع بادی به شبکه قدرت را مهیا کرده است. پیشنهاد این رساله که در قالب نرم افزار matlab/simulink شبیه سازی شده است، مدل سازی مزرعه ی بادی 9 مگاواتی متصل به خط انتقال vsc-hvdc می باشد. لذا جهت مدل کردن سیستم، هریک از مدل های توربین، ژنراتور، کانورترهای توربین بادی، سیستم کنترلی مبدل ها، خط انتقال vsc-hvdc و ... در قالب یک مزرعه ی بادی متشکل از 6 توربین 5/1 مگاواتی انجام می گیرد. پس از شبیه سازی های فوق، بحث کنترل برداری جهت کنترل کانورترهای توربین بادی و هم چنین کانورترهای سیستم انتقال پراهمیت است، که با اتخاذ روش کنترلی، مقاصد موردنظر که عملا کنترل توان اکتیو، راکتیو و ولتاژ سیستم است، به عنوان نتایج شبیه سازی در قالب جداول و نمودارهایی ارایه می گردد و نهایتا استاندارد بودن میزان اعوجاج هارمونیکی ولتاژ نقطه اتصال سیستم به شین بی نهایت گواه بر کنترل مطلوب سیستم است. لذا روش اتخاذ شده که مبتنی بر کنترل برداری است، تاحد زیادی کاربرد ادوات جانبی جهت کنترل سیستم را کاهش داده است و منتج به انتقال توانی پایدار به شبکه شده است.

روند رو به رشد تجهیزات الکترونیک قدرت اثر مهمی بر کیفیت توان الکتریکی گذاشته است. از سوی دیگر ایده های نو مانند شبکه های هوشمند برق (smart grids) و بازار برق نیز باعث افزایش اهمیت کیفیت توان شد. امروزه حضور انرژی های نو، منابع تولید پراکنده و خودروهای برقی در شبکه های هوشمند برق بسیار مورد توجه می باشد بنابراین مسئله کیفیت توان و افزایش هارمونیک های جریان یکی از چالش های پیش رو در شبکه های هوشمند خواهد بود. در پی رویکرد به هوشمندسازی شبکه قدرت، بارهای غیرخطی خصوصا خودروهای برقی نیز در شبکه حضور بیش از پیش خواهند یافت. از طرف دیگر یکی از مشکلاتی که در بکارگیری فیلترهای اکتیو در شبکه های قدرت مطرح است هزینه زیاد خرید آنها می باشد. به همین جهت ایده فیلترهای اکتیو توزیع شده در شبکه هوشمند می تواند از جنبه های مختلف حائز اهمیت باشد. یکی از مسائلی که در پی این ایده مطرح می شود، نحوه ساخت و پیاده سازی فیلتر اکتیو موازی در قسمت مسکونی شبکه هوشمند است. در چند سال اخیر مقالاتی در رابطه با استفاده از خودروی برقی به عنوان ابزار بهبود کیفیت توان گزارش شده اند. با توجه به هزینه بالای خریداری و نصب فیلترهای اکتیو در شبکه قدرت، یک ایده جذاب، شبیه سازی سیستم یک ساختمان مسکونی در شبکه هوشمند با امکان استفاده از خودروی برقی به عنوان فیلتر اکتیو موازی است. در این پایان نامه استفاده از یک خودروی برقی به عنوان فیلتر اکتیو موازی در شبکه هوشمند همزمان با یک سیستم فتوولتاییک متصل به شبکه شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی عملکرد بسیار مناسب این فیلتر توزیع شده را در کاهش هارمونیک های جریان شبکه را نشان می دهد. نتایج شبیه سازی کارایی این ایده را در تامین توان بار و به طور همزمان حذف هارمونیک های جریان از شبکه را اثبات می کند.