هدف این رساله طراحی توسعه شبکه انتقال برق ایران در محیط های مقررات زدایی شده می باشد. در این رساله روشی بکار گرفته می شود که عدم قطعیتهای تصادفی و غیرتصادفی را در توسعه انتقال بطور همزمان در نظر می گیرد. این روش تسهیل و تشویق رقابت را بعنوان یکی از مهمترین خواسته های مشترکین، در توسعه انتقال در نظر می گیرد و سعی می کند تا رقابت را در میان شرکت کنندگان در بازار افزایش دهد. برای اجرای روش ارائه شده بر روی شبکه سراسری ایران، ابتدا اطلاعات شبکه ایران گردآوری شده و دیاگرام تک خطی پریونیت شبکه تهیه گردید. سپس به وضعیت عدم قطعیتهای تصادفی و عدم قطعیتهای غیر تصادفی در شبکه ایران پرداخته شد. با توجه به داده های موجود در شبکه ایران، بار پیک برای چهار فصل سال 95 تخمین زده شد. متوسط هزینه سوخت و هزینه تبدیل انرژی هر یک از واحدها نیز برآورد شد. سپس با توجه به برنامه های توسعه تولید شرکت مدیریت شبکه، سه دسته سناریوی تولید برای سال 95 شناسایی گردید. با ترکیب سناریوهای بار و تولید هشت سناریو برای شبکه استخراج گردید. با اجرای پخش بار بهینه در سناریوهای مختلف، قیمتهای حاشیه ای محلی باسهای شبکه در هر سناریو محاسبه گردید. سپس با توجه به قیمتهای حاشیه ای محلی بدست آمده، مجموعه ای از پیشنهادها برای توسعه شبکه انتقال تعیین شد. در ادامه با کمک پیشنهادهای ارائه شده، 17طرح عملی برای توسعه شبکه انتقال ایران پیشنهاد گردید. با معرفی چند معیار بازار محور، برآزندگی هر یک از طرحهای فوق در سناریوهای مختلف بررسی شد. در نهایت با تحلیل ریسک طرحهای پیشنهادی در سناریوهای مختلف، طرح نهایی انتخاب گردید. مقایسه خطوط پیشنهادی با طرحهای در دست اقدام شرکت مدیریت شبکه نشان میدهد که 12 خط از 48 خط پیشنهادی این روش قبلاً توسط شرکت مدیریت شبکه نامزد توسعه بوده و در حال ساخت بوده و یا اخیراً وارد مدار شده اند.

ورود مزارع بادی با حجم بالا به بازار برق، فرصت ها و چالش های جدیدی را پیش روی بهره برداران بازار قرار داده است. از یک سو، مزایای زیست محیطی این واحدها دولت ها را به سمت استفاده ی هر چه بیشتر از این منابع سوق داده است و از دیگر سو، هزینه های بالا و عدم قابلیت پیش بینی دقیق و کنترل خروجی توربین های بادی، مشکلاتی را برای بهره بردار سیستم ایجاد می کند. یک دهه تحقیق در مورد توربین ها و ژنراتورهای بادی، هزینه ی ساخت نیروگاه های بادی را کاهش داده است. دولت ها مایل به کاهش یارانه ی پرداختی به نیروگاه های بادی می باشند. لذا در برخی کشورها برای تشویق نیروگاه های بادی برای شرکت راهبردی در بازار و کسب درآمد طرح حمایتی پاداش تولید، جایگزین طرح تعرفه ی تولید شده است. همچنین به منظور کاهش عدم قطعیت ناشی از نیروگاه های بادی، جریمه ای برای خطای پیش بینی تولید نیروگاه های بادی وضع شده است تا آنها را ملزم به پیش بینی دقیق تر کرده و بستر مناسب تری را برای شرکت راهبردی آن ها در بازار برق فراهم شود. در این پایان نامه اثر حضور راهبردی نیروگاه های بادی بر بازار برق در میان مدت و کوتاه مدت مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور ابتدا طرح های مختلفی برای شرکت راهبردی نیروگاه های بادی پیشنهاد شده است. این طرح ها عبارتند از : الف) شرکت نیروگاه-های بادی در بازار برق با ارائه ی تابع عرضه، ب) شرکت نیروگاه های بادی در بازار برق با ارائه ی توان تولیدی و ج) ادغام نیروگاه های بادی و نیروگاه های حرارتی و شرکت راهبردی آن ها در بازار با ارائه ی تابع عرضه ی مشترک. در ادامه اثر شرکت راهبردی نیروگاه های بادی در هر یک از طرح های فوق بر قیمت انرژی الکتریکی و سود تولیدکنندگان انرژی الکتریکی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای انجام این مطالعات لازم است که پیشنهاد قیمت/تولید کلیه ی تولیدکنندگان معلوم باشد. از آنجا که پیشنهاد قیمت/تولید تولیدکنندگان نامشخص بوده و به رفتار نیروگاه های بادی و دیگر شرکت ها بستگی دارد. برای انجام مطالعات فوق فرض شده است که بازار به تعادل رسیده است. پیشنهاد قیمت/تولید هر یک از تولید کنندگان در نقطه ی تعادل برای انجام مطالعات فوق استفاده شده است. با شبیه سازی بازار برق شبکه سی باسه ieee، طرح های فوق در میان مدت و کوتاه مدت بایکدیگر مقایسه شده و طرح ادغام نیروگاه های بادی و غیر بادی جهت شرکت راهبردی در بازار برق بدلیل کاهش بیشتر قیمت انرژی الکتریکی و عدم کاهش سود نیروگاه های بادی به عنوان طرح برتر انتخاب شده است.

با افزایش روزافزون نیاز بشر به انرژی الکتریکی، نگرانی های موجود مبنی بر پایان پذیر بودن سوخت های فسیلی و افزایش روزافزون قیمت آن، انرژی های تجدیدپذیر که توانایی جایگزینی سوخت های فسیلی را دارند، به شدت مورد توجه قرار گرفته اند. در میان انرژی های تجدیدپذیر، تولید انرژی الکتریکی از طریق توربین های بادی از جمله مهم ترین دسته از این انرژی ها می باشند که در سال های اخیر توجه ویژه ای به گسترش ورود آن ها در سیستم تولید برق شده است. این منابع انرژی، علاوه بر آنکه پایان ناپذیرند، با محیط زیست نیز سازگار بوده و دارای تکنولوژی پاک می باشند. ولی بزرگ ترین نقطه ضعف این منابع انرژی، عدم قطعیت آن ها می باشد. این مشکل وقتی که تولید برق از این منابع به صورت گسترده و در محیط تجدید ساختار یافته بازار برق انجام می شود، بیشتر نمود پیدا می کند. چرا که در شرایط بازار رقابتی برق، پیش بینی مقدار تولید برق، بر قیمت های بازار تأثیر بسزایی دارد و این عدم قطعیت، این پیش بینی را با مشکل روبرو می سازد. در این پژوهش اثر ورود گسترده نیروگاه های بادی به شبکه مورد مطالعه قرار گرفته است. از آنجا که رقابت در بازار برق کامل نمی باشد و به شکل انحصار چند جانبه است.، برای این مطالعه نیاز به دانستن راهبرد تولیدکنندگان می باشد. بنابراین برای این مطالعه ابتدا با استفاده از مدل کورنات نقطه تعادل بازار و در نتیجه راهبرد تولیدکنندگان در حضور نیروگاه های بادی تعیین می گردد. در این پایان نامه ابتدا تعادل کورنات در بازار برق برای چهار حالت بدون قید تولید و بدون عدم قطعیت، مقید و بدون عدم قطعیت، بدون قید تولید و همراه با عدم قطعیت، و مقید همراه با عدم قطعیت مدل می گردد. سپس با استفاده از این مدل ها، وجود و یکتایی نقطه تعادل در تمام این حالت ها بررسی می شود. در پایان، با محاسبه نقطه تعادل کورنات برای شبکه 30 باسه ی ieee تاثیر ورود گسترده نیروگاه های بادی بر قیمت انرژی الکتریکی و سود تولید کنندگان این شبکه مورد مطالعه قرار گرفته است. این مطالعه در چهار حالت بدون اضافه شدن واحد جدید، اضافه شدن یک ژنراتور استراتژیک، اضافه شدن یک ژنراتور قیمت پذیر و اضافه شدن یک ژنراتور بادی انجام شده و نتایج حاصل از آن با هم مقایسه می شود. نتایج بدست آمده از اضافه شدن واحد بادی در مدل کورنات با نتایج حاصل از مدل تابع عرضه مقایسه شده است. در این مطالعه عدم قطعیت در تولید نیروگاه های بادی در میان مدت با استفاده از تابع چگالی احتمال سرعت باد به شکل سناریو محور مدل گردیده است. در کوتاه مدت با فرض قابل پیش بینی بودن تولید بادی، عدم قطعیت بر اساس سناریوهای خطای پیش بینی مدل شده است. در انتها اثر غیرخطی بودن تابع تقاضا بر چندگانگی نقاط تعادل در حضور نیروگاه های بادی مطالعه شده است.

با افزایش نگرانی ها در مورد گرم شدن کره ی زمین و اثرات خطرناک گازهای گلخانه ای، اقداماتی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در سراسر جهان انجام شده است. سیستم مبادله سهمیه انتشار آلودگی از ابزارهای نوین کنترل آلودگی گازهای گلخانه ای است که توسط سیاست گذاران برای کاهش آلودگی در صنایع آلاینده استفاده می شود. در این سیستم شرکت های آلاینده نیازمند به داشتن سهمیه آلودگی معادل با میزان انتشار آلودگی خود هستند و این سهمیه ها می تواند در بازار آلودگی مبادله شود. هدف این پایان نامه بررسی اثر سهمیه آلودگی و روش تخصیص آن به نیروگاه ها بر کاهش آلودگی است. برای نیل به این هدف لازم است تا بازار برق و آلودگی شبیه سازی شوند. برای شبیه سازی نیاز به دانستن نحوه رفتار تولیدکنندگان در بازار انرژی و آلودگی است. ولی رفتار تولیدکنندگان نامعلوم بوده و پس از حضور در بازار آلودگی تغییر می کند. لذا برای مطالعه اثر سهمیه آلودگی و روش تخصیص آن بر کاهش آلودگی فرض می شود که بازار انرژی و آلودگی به تعادل رسیده اند و این مطالعه در نقطه تعادل سیستم مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور برای مدلسازی بازار برق از مدل کورنات استفاده می شود و بازار آلودگی به دو روش تابع عرضه سهمیه آلودگی و تابع پاسخ قیمت حدسی مدل شده است. تخصیص سهمیه به تولیدکنندگان، مسئله مهمی است. دو روش رایج تخصیص سهمیه، حق سابقه و حراج است. برای جلوگیری از کاهش سود تولیدکنندگان، تخصیص سهمیه به صورت رایگان و بر اساس حق سابقه آلودگی و یا سابقه تولید انجام می شود. در این پایان نامه اثر روش های تخصیص سهمیه بر نیروگاه ها و روند تغییرات سهمیه تخصیصی به آن ها در سال های آینده بررسی می شود. همچنین فروش قسمتی از سهمیه آلودگی به نیروگاه ها از طریق سازوکار حراج نیز مدلسازی شده است. پیشنهاد تولید هر یک از تولید کنندگان در نقطه ی تعادل برای انجام مطالعات فوق استفاده شده است. با شبیه سازی بازار برق شبکه سی باسه ieee، طرح های فوق با یکدیگر مقایسه شده اند. برای اینکه سود نیروگاه ها کاهش نیابد و از رقابت پذیری شرکت ها کاسته نشود، تخصیص رایگان سهمیه بر اساس سابقه آلودگی گزینه بهتری برای نیروگاه ها هست. اما برای اینکه واحدها مجبور شوند تا اقداماتی را برای کاهش آلودگی خود در بلندمدت انجام دهند، تخصیص رایگان سهمیه بر اساس سابقه تولید و فروش قسمتی از سهمیه از طریق حراج سهمیه به واحدها پیشنهاد می شود.

امروزه نگرانی دولت ها برای تأمین انرژی، روند استفاده از انرژی های نو به خصوص انرژی بادی را با افزایش بیشتری روبرو کرده است. استفاده از این نوع انرژی با توجه به مزایا و معایت آن نیاز به تحلیل و بررسی دارد. از طرفی کاهش آلاینده های زیست محیطی و هزینه های مصرف انرژی به عنوان مزیت و از طرفی عدم قطعیت سودآوریناشی از این انرژی ها به عنوان عیب، تصمیم گیری سرمایه گذاران را با مشکلاتی روبرو کرده است. در این پایان نامه با بررسی دو سیستم قدرت که در یکی تمام مصرف توسط نیروگاه های حرارتی تأمین شده و در دیگری تولید بادی هم در تأمین بار مصرفی نقش داشته است، مقایسه شده اند. در یک بازه ده ساله دو مرتبه اقدام به احداث نیروگاه می کنیم. با گذشت پنج سال ابتدایی در شبکه ی اول نیروگاه سوخت فسیلی احداث کرده و در شبکه ی دوم نیروگاه بادی نصب می کنیم. می خواهیم در پنج سال دوم در هر دو شبکه یک نیروگاه سوخت فسیلی احداث کنیم. تمامی اطلاعات دو شبکه به جز شرکت هفتم با یکدیگر برابرند. نتایج نشان خواهد داد که سود سالانه ی شرکت تولیدی احداث شده در انتهای بازه ی ده ساله در شبکه ی اول که هیچ گونه تولید بادی وجود ندارد، بیشتر است. برای اطمینان از این نتیجه گیری فرض خواهیم کرد که پیش بینی تولید واحد بادی در سناریوهای مختلف با خطا روبرو است. با اعمال خطای پیش بینی تولید واحد بادی مشاهده خواهد شد که باز هم سودآوری این شرکت در شبکه ی اول که تولید بادی نداریم بیشتر است. برای بررسی حساسیت سود شرکت احداث شده در انتهای بازه ی ده ساله در برابر سرعت وزش باد، توزیع های مختلفی از وزش باد را در مسئله وارد خواهیم کرد. نتایج نشان خواهند داد که حساسیت سود این شرکت در برابر تغییر یک متر بر ثانیه ای سرعت باد در حدود2/1 درصد خواهد بود. در انتها با استفاده از معیار ارزش در معرض خطر مشروط به بررسی سطوح مختلف اطمینان سرمایه گذار برای سرمایه گذاری در بازار دوم که تحت نفوذ انرژی بادی است، خواهیم پرداخت. مشاهده خواهیم کرد که سرمایه گذاری که خواهان سطوح اطمینان 20 درصد به بالا می باشد، نسبت به سرمایه گذاری در بازاری همراه با عدم قطعیت تولید بدبین خواهد بود.

بهره بردار مستقل سیستم قدرت به منظور بهره برداری صحیح و اقتصادی از شبکه قدرت همواره بایستی متغیرهای سیستم نظیر توان تولیدی، توان مصرفی و توان عبوری از خطوط انتقال را به صورت لحظه ای رصد کند. بدین منظور دستگاه های اندازه گیری جهت ثبت و ارسال این اطلاعات به مرکز کنترل، در نقاط مختلف شبکه نصب می گردند، تا بهره بردار بر اساس اطلاعات جمع آوری شده، بتواند تخمین مناسبی از متغیر های حالت سیستم ارائه نماید. در دهه ی اخیر با پیشرفت تکنولوژی در حوزه ی فناوری های سایبری و استفاده هرچه بیشتر از آنها در سیستم قدرت به منظور پایش و کنترل سیستم، آسیب پذیری جدیدی تحت عنوان خطر حملات سایبری، پدید آمده است. با ظهور این آسیب پذیری جدید، لازم است در برخی از فرآیندهای سیستم قدرت که ممکن از جانب این خطر بالقوه مورد تهدید قرار گیرند، بازنگری صورت گیرد که از جمله مهمترین آنها فرآیند تخمین حالت می باشد. مهاجم ممکن است دارای انگیزه های متفاوتی باشد. یکی از اهداف محتمل مهاجم، تزریق اطلاعات غلط به اندازه گیری ها به منظور تحت تاثیر قرار دادن بازار برق است. در این پایان نامه فرض شده مهاجم، دلال حق مالی انتقال است و از طریق حملات سایبری به دنبال افزایش سود خود در زمان اجرای پخش بار مجدد توسط بهره بردار سیستم است. در این پایان نامه یک روش تخمین حالت با درنظر گرفتن حملات سایبری ارائه شده است. در این روش مقدار حمله به هر یک از اندازه گیری ها به صورت یک متغیر مجهول در بهینه سازی تخمین حالت در نظر گرفته می شود و توسط مسئله بهینه سازی، متغیرهای حالت و متغیرهای مبین مقدار حمله برای هر اندازه گیری، تعیین می گردد. درصورتی که مقدار حمله به هر یک از اندازه گیری ها به عنوان یک متغیر در نظر گرفته شود، تعداد متغیر های مجهول از تعداد اندازه گیری ها بیشتر شده و امکان تخمین حالت و شناسایی مقدار حمله وجود ندارد. از طرفی یک مهاجم امکان و توانایی حمله به اندازه گیری های محدودی را دارد. لذا در این پایان نامه روشی جهت شناسایی اندازه گیری های مظنون به حمله ارائه می شود. در انتها روش پیشنهادی به شبکه 8 گره ی pjm اعمال شده است. برای نشان دادن کارایی روش پیشنهادی سه سناریو مختلف در نظر گرفته شده است. در سناریو اول فرض شده مهاجم از بازار اطلاعات کافی داشته و به صورت هوشمندانه حمله ای طراحی م کند. در سناریو دوم فرض شده مهاجم با اطلاعات کافی از بازار حمله ای غیر هوشمندانه طراحی می کند و در نهایت در سناریو سوم فرض شده که مهاجم با اطلاعات ناقص از بازار اقدام به طراحی حمله ی هوشمندانه می کند. در هر سناریو در زمان اجرای بازار، تخمین حالت به روش متداول و روش پیشنهادی انجام می شود و نتایج آن مورد بررسی قرار می گیرد. در انتها نشان خواهیم داد که روش پیشنهادی در مقابل حملات از کارایی مطلوبی برخوردار است.

نفوذ گسترده منابع تجدید پذیر در بخش تولید سیستم های قدرت، بهره برداران را با چالش های عمده در برنامه ریزی تولید و مدیریت عدم قطعیت های تولید روبرو نموده است. هدف از این رساله ارائه روشی کامل تر به منظور در نظر گرفتن دقیق نقش پاسخگویی بار، به عنوان ابزاری در جهت افزایش انعطاف پذیری سیستم قدرت، در تسهیل استفاده از منابع تجدید پذیر، با تمرکز روی انرژی بادی، می باشد. در این راستا و به منظور نشان دادن اهمیت پاسخگویی بار در رفع اثرات عدم قطعیت تولید بادی، ابتدا روشی برای ارزیابی پاسخگویی بار پیشنهاد شده است. در این روش، پتانسیل پاسخگویی بار در کاهش اثرات سوء عدم قطعیت تولید بادی بر بهره برداری از سیستم قدرت در نظر گرفته شده است. همچنین، به مسئله مدیریت مقادیر بالای تولید بادی در بهره برداری کوتاه مدت سیستم قدرت به کمک پاسخگویی بار پرداخته شده است. بدین منظور، بازار تبادل پاسخگویی بار، به عنوان روشی جامع برای برنامه ریزی کارا و عادلانه پاسخگویی بار، مورد استفاده قرار گرفته است. در واقع، هدف این رساله، مدل سازی و ادغام بازار پاسخگویی بار در بازارهای انرژی و رزرو موجود در بازارهای برق می باشد. لذا، ابتدا چارچوبی مستقل برای تسویه بازار پاسخگویی بار، با هدف رفع اثرات عدم قطعیت تولید بادی پیشنهاد گردیده است. به منظور دستیابی به راه حل جامع تری برای مدل سازی و ادغام بازار پاسخگویی بار در بازار انرژی و رزرو، مدل دوسطحی تسویه توأم بازار انرژی و رزرو پیشنهاد شده است. در این مدل، در مسئله سطح بالا بازار انرژی و رزرو تسویه شده و در مسئله سطح پایین، تسویه بازار پاسخگویی بار قرار گرفته است. به منظور مدل کردن عدم قطعیت تولید بادی در مدل های پیشنهادی، از برنامه ریزی تصادفی استفاده شده است. استفاده از مدل های پیشنهاد شده در این رساله در برنامه ریزی پاسخگویی بار در سیستم قدرت منجر به اختصاص عادلانه هزینه ها و فواید پاسخگویی بار بین متقاضیان و ارائه دهندگان پاسخگویی بار می گردد. علاوه بر این، با ارائه چارچوب مناسب برای تسویه بازار پاسخگویی بار، مانند آنچه در این رساله ارائه گردیده است، علاوه بر افزایش مشارکت در برنامه های پاسخگویی بار می توان اثرات نامطلوب عدم قطعیت تولید بادی را به نحو مطلوبی کاهش داد.

یک چارچوب پاسخگویی بار مطلوب در یک ریزشبکه باید دارای دو ویژگی زیر باشد: در گام اول، باید بتواند در عین حفظ حریم خصوصی مصرف کنندگان، از لحاظ اقتصادی برنامه ریزی تولید، خرید و فروش بهینه ارائه دهد. علاوه براین، باید بتواند در برابر عدم قطعیت های سیستم، به ویژه عدم قطعیت تولیدات بادی، تا حد امکان مقاوم باشد. این پایان نامه در جهت رسیدن به دو هدف فوق گام برداشته است. در گام اول، یک چارچوب برای پاسخگویی بار با استفاده از تجهیزی به نام برنامه ریز مصرف انرژی (ecs) ارائه شده است. در گام بعدی، چارچوب پاسخگویی بار فوق جهت مقابله با عدم قطعیت در متغیرهای برنامه ریزی، به طور ویژه عدم قطعیت تولید بادی، تعمیم داده میشود.