پروسه بازیابی سیستم قدرت مراحل مختلفی از قبیل استارت واحدهای شبکه، بارگذاری بر روی سیستم و برق دار کردن خطوط انتقال سیستم قدرت را شامل می گردد. در این پایان نامه، دو الگوریتم جهت تعیین ترتیب استارت واحدها در پروسه بازیابی ارائه شده است. در الگوریتم پیشنهادی اول، ترتیب استارت واحدها با در نظر گرفتن شاخص های پویایی و استاتیکی سیستم انتقال و با هدف کاهش زمان بازیابی، تعیین می گردد. الگوریتم پیشنهادی دوم ترتیب استارت واحدها را با توجه به بارگذاری اجباری و اختیاری روی سیستم قدرت و با هدف ماکزیمم نمودن سطح انرژی قابل تولید شبکه و نیز ماکزیمم نمودن ارزش بارهای تأمین شده در هر بازه زمانی از پروسه بازیابی با در نظر گرفتن شاخص های دینامیکی و استاتیکی سیستم انتقال و همچنین قیود فنی واحدها مانند منحنی توانایی تولید، توان راه اندازی و کمترین و بیشترین فاصله زمانی بحرانی واحدها، با استفاده از روش آنالیز پاکت نامه ای اطلاعات و بکمک الگوریتم ژنتیک تعیین می نماید. در نهایت، کارایی الگوریتم های پیشنهادی با شبیه سازی بر روی شبکه های 9، 14 و 39 باسه ieee، مورد ارزیابی واقع گردیده است.

واحدهای بادی اصلی ترین منبع تجدیدپذیر انرژی هستند که در اکثر کشورها به عنوان جایگزین واحدهای معمولی استفاده می شوند و باعث کاهش آلودگی گازهای گلخانه ای می باشند. لیکن، و از آن جایی که تولید این واحدها تنها متکی بر بادهایی با شرایط عدم پیش بینی دقیق توان خروجی شان است، افزایش جدی سهم واحدهای بادی در تولید تأثیر به سزایی بر روی حالت های مختلف برنامه ریزی، توزیع سایر واحدها، میزان رزرو مورد نیاز سیستم و... می گذارد. انتظار می رود زمانی که درصد قابل توجهی از بار سیستم توسط نیروی باد تأمین می گردد، میزان ذخیره چرخان سیستم افزایش یابد. اما تنها مسئله قابل توجه این نیست. از طرفی، به دلیل بالا بودن هزینه ذخیره چرخان، این هزینه در سیستم قابل صرفه نظر کردن نمی باشد. اگر میزان ذخیره چرخان افزایش یابد، آن گاه لازم است واحدهای تولیدی معمولی بیشتری در حالت سنکرون قرار داشته باشند که خود باعث بالا رفتن هزینه بهره برداری سیستم خواهد شد. در کل، این افزایش هزینه ها به میزانی که از نظر اقتصادی برای تأمین ذخیره چرخان مطلوب باشد، قابل قبول خواهد بود. در این پایان نامه میزان رزرو اقتصادی سیستم قدرت دارای واحدهای بادی بزرگ بر اساس نرخ خروج اضطراری ژنراتورها، خطای پیش بینی بار سیستم، خطای پیش بینی نیروی باد، سایز مزرعه بادی، هزینه در نظرگیری میزان رزرو به مقدار درصدی از بار کل سیستم، هزینه خرید خاموشی و خرید رزرو در بازارهای لحظه ای بین المللی تعیین گردیده است. در این جا، مدل قابلیت اطمینان برای شبکه مورد مطالعه، با توجه به استراتژی شرکت برق منطقه ای خراسان، حداکثر میزان خاموشی مجاز شبکه به ازای هر مشترک در سال و قضیه وقوع تنها یک حادثه در سیستم، در نظر گرفته شده است. در فصل دوم، با استفاده از مدل فوق و سناریوهای موجود برای وقوع خطا، میزان ذخیره چرخان مورد نیاز برای تأمین قابلیت اطمینان شبکه با توجه به تولید قسمتی از نیاز مصرف توسط واحدهای بادی، به دست آورده شده است. همچنین، نحوه تأمین اقتصادی این میزان رزرو برای شبکه خراسان با ظرفیت تولیدی واحدهای بادی حدود 500 مگاوات، در فصل سوم مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به امکانات موجود در شبکه، اقتصادی ترین نحوه تأمین رزرو در این شبکه، تولید رزرو توسط واحدهای تولیدی در مدار، خرید خاموشی و خرید رزرو از بازارهای لحظه ای بین المللی می باشد. لذا، برای تعیین میزان رزرو اقتصادی سیستم باید مصالحه ای میان هزینه در نظرگیری رزرو تأمین شده به وسیله واحدهای تولیدی سیستم، هزینه خرید خاموشی و خرید رزرو از بازارهای لحظه ای بین المللی برقرار گردد که، نتایج شبیه سازی های انجام شده در فصول بعدی مطرح خواهد شد. در این پایان نامه مانند سایر تحقیقات انجام شده، میزان ذخیره چرخان مورد نیاز سیستم قدرت دارای واحدهای بادی بزرگ با توجه به میزان خطای پیش بینی باد و بار تعیین شده است. وجه تمایز این کار، در نظرگیری استراتژی شرکت برق منطقه ای خراسان در رابطه با میزان خاموشی سرانه به ازاء هر مشترک در تعیین این میزان رزرو می باشد. همچنین تأمین میزان رزرو مورد نیاز از نظر اقتصادی نیز در برخی از مراجع آورده شده است ولی در نظرگیری سه منبع مختلف (واحدهای معمولی در مدار، خرید خاموشی و خرید از بازارهای بین المللی) برای تأمین رزرو مورد نیاز به طور همزمان تاکنون صورت نپذیرفته است.

تجدید ساختار صنعت برق را با مسائل جدیدی از جمله تعیین هزینه انتقال روبرو کرده است. یکی از اهداف تجدید ساختار در صنعت برق، کم کردن هزینه تولید انرژی و ارائه سرویس های بهتر به مصرف کنندگان بوده است. پس از تجدید ساختار سیستم قدرت، خطوط انتقال در معرض توجه بیشتری قرار گرفته اند. همچنین، در سیستم تجدید ساختار یافته، قرار دادهای دو طرفه افزایش روزافزونی داشته است. در نتیجه توجه به دریافت حق انتقال این قراردادها اهمیت زیادی پیدا کرده است. در این پروژه، روشی منصفانه برای قیمت دهی خطوط انتقال و به ویژه تعیین تعرفه قراردادهای حمل در ساعات پیک و غیر پیک ارائه شده است. ایده این روش در نظر گرفتن تعرفه تراکم و امنیت برای هزینه حمل در شرایطی است که قرارداد مذکور موجب دور شدن از بهره برداری بهینه در شبکه گردد. در این روش، هزینه تراکم به تمامی کاربرانی که در ایجاد آن نقش دارند، بر اساس میزان تأثیر گذاری آنها، تخصیص پیدا می کند. همچنین هزینه امنیت شیکه که معمولاً در قیمت دهی انتقال نادیده گرفته می شود، به صورت عادلانه ای بین بازیگران بازار تقسیم بندی شده است. در نهایت روش ارائه شده روی شبکه نمونه 9 باسه پیاده سازی و نتایج شبیه سازی مورد ارزیابی قرار گرفته است.

ایابی و اندازه یابی سیستم های تولید همزمان برق و حرارت و یا منابع انرژی پراکنده در شبکه های قدرت همواره بدلیل کاهش چشمگیر هزینه ها از اهمیت بالایی برخوردار بوده است. این پایان نامه یک تابع چند هدفه برای یافتن مکان و اندازه بهینه سیستم های تولید همزمان برق و حرارت در شبکه های توزیع ارائه می دهد. برای یافتن نقطه بهینه از الگوریتم ترکیبی پخش بار و pso استفاده شده است. همچنین، به منظور در نظر گرفتن ماهیت اتفاقی بار باس ها، روش مونت-کارلو مورد استفاده قرار گرفته است و تأثیر آن ها بر مکان و اندازه بهینه سیستم های تولید همزمان برق و حرارت مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. روش های پیشنهادی بر روی سیستم های تست 6 باسه و 14 باسه ieee پیاده سازی شده اند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که الگوریتم های پیشنهادی توانایی یافتن مکان و اندازه بهینه سیستم های تولید همزمان برق و حرارت را، بطوری که منجر به کاهش تلفات و افزایش قابلیت اطمینان در شبکه می شوند، دارا می باشند.

توسعه و گسترش روزافزون منابع تولید کوچک در طی سالیان اخیر و به وجود آمدن وابستگی بین حامل های مختلف انرژی، موجب شده است تا محققان به این نتیجه برسند که هنگام برنامه ریزی و بهره برداری سیستم های انرژی، بهتر است به جای این که زیرساخت های مختلف به طور مجزا مد نظر قرار بگیرند، همه ی آن ها به صورت یکپارچه دیده شوند. به منظور ایجاد همکاری و تزویج بین حامل های مختلف انرژی نیاز به ابزارهای مناسبی می باشد. اخیرا مفهوم هاب انرژی برای یکپارچه سازی حامل های متعدد انرژی مطرح شده است. این واحدها قابلیت تبدیل، انتقال و ذخیره ی فرم های مختلف انرژی را دارند. همکاری و تزویج بین زیرساخت های مختلف انرژی می تواند فوایدی زیادی را به همراه داشته باشد. افزایش قابلیت اطمینان، بهبود راندمان، کاهش پیک شبکه و کاهش انتشار آلاینده ها از جمله این پتانسیل ها می باشند. در این پایان نامه، از مدل هاب انرژی در بهره برداری از سیستم های انرژی استفاده شده است. با توجه به اهمیت نقش ذخیره کننده ها در بهره برداری سیستم های انرژی، در تمامی مسائل مورد مطالعه از عناصر ذخیره کننده استفاده شده است. در ابتدا عملکرد عناصر ذخیره کننده در بهره برداری بهینه از عناصر داخلی هاب انرژی مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه، تاثیر همکاری بین هاب های انرژی در شبکه ارزیابی شده و نقش این همکاری در کاهش هزینه های بهره برداری مورد تحلیل قرار گرفته است. همچنین با الگو گرفتن از شبکه های الکتریکی، مدلی جهت مدیریت شبکه های آینده شامل حامل های متعدد انرژی با حضور هاب ها ارایه شده و با انجام شبیه سازی، عملکرد این مدل مورد ارزیابی قرار گرفته است.

سیستم مدیریت ناحیه گسترده (wams)، مفهوم جدیدی است که در سال های اخیر به ادبیات سیستم قدرت معرفی شده است. این سیستم ترکیبی است از سیستم های اندازه گیری دیجیتال و مدرن (مانند واحد اندازه گیری فاز)، کنترل کننده های جدید، و سیستم های جدید مخابراتی (مانند شبکه های مبتنی بر فیبر نوری) که امکان پایش، بهره برداری، حفاظت و کنترل سیستم های قدرت را در گستره ی وسیع جغرافیائی فراهم می کند. در حالت کلی، wams از سه زیرسیستم به هم پیوسته شامل زیرسیستم های اندازه گیری، مدیریت انرژی و مخابراتی تشکیل شده است. این رساله دو هدف عمده را دنبال می کند: اولین هدف، ارائه ی یک متودولوژی برای طراحی زیرسیستم مخابراتی برای wams است. برای برآوردن این هدف، مفهوم جدیدی بنام رسانه ی انتقال وابسته معرفی می شود و متودولوژی ارائه شده بر پایه ی این مفهوم معرفی می شود. هدف دوم این رساله، طراحی همزمان دو زیرسیستم گسترده در wams یعنی زیرسیستم های اندازه گیری و مخابراتی است. برای اثبات کارائی روش طراحی همزمان ارائه شده، یک روش جدید برای مقایسه ی سیستم های مخابراتی وابسته در سیستم های قدرت معرفی می شود. نتایج شبیه سازی حاکی از آن است که روش طراحی همزمان سبب می شود که: هزینه های کل کاهش یابد، امنیت سیستم اندازه گیری در شرایط برون رفت یک اندازه گیری بالا برود، و قابلیت اعتماد زیرسیستم مخابراتی بهبود یابد. همچنین نتایج بیانگر آنست که طراحی همزمان عموماً بر پارامتر تاخیر ارتباطی تاثیر منفی نخواهد داشت.

توسعه ی شبکه ی انتقال، به منظور کاهش تراکم و افزایش میزان مبادله ی ایمن توان در بلند مدت، یکی از مهم ترین مباحث در زمینه ی برنامه ریزی سیستم قدرت می باشد. سرمایه گذاری در توسعه ی شبکه انتقال می تواند مبتنی بر انگیزه های تجاری و اقتصادی باشد. در سیستم های تجدید ساختار یافته، این نوع سرمایه گذاری ممکن است توسط بخش خصوصی یا خود بازیگران بازار انجام شود. یکی از بازیگرانی که می تواند انگیزه ی خوبی برای این کار داشته باشد، شرکت تولید برق می باشد. فروش میزان بیشتری از انرژی، فروش انرژی با قیمت بالاتر، جمع آوری درآمدهای خطوط احداثی و هماهنگی با توسعه محتمل بخش تولید در آینده، از جمله این انگیزه ها می باشند. در این پژوهش، به ارزیابی اقتصادی سرمایه گذاری تجاری یک شرکت تولید در توسعه ی شبکه ی انتقال، بررسی چگونگی کفایت، و یا ایجاد انگیزه ی سود حاصل از تولید در توپولوژی شبکه ی توسعه یافته در کنار درآمد حاصل از مکانیزم های جبران هزینه و مشوق های مالی برای شرکت تولید، پرداخته شده است. در این پژوهش، همچنین، تأثیر عوامل موثر مختلف بر سود و طرح بهینه بررسی شده است. از جمله این موارد؛ تأثیر سیاست های تنظیمی نهاد قانون گذار، عدم قطعیت های موجود در سیستم های تجدید ساختار یافته، صرفه مقیاس و برنامه توسعه تولید می باشند. روش پیشنهادی بر روی شبکه 24 باس استاندارد ieee پیاده سازی شده است.

فضای رقابتی در بازارهای کالا و خدمات سبب می گردد تا مصرف کنندگان بزرگ انرژی (واحدهای تولیدی صنعتی) در جهت کاهش هزینه های تولید به جهت رسیدن به سود بیشتر و ماندن در عرصه رقابت تلاش می کنند. یکی از مهمترین متغیرهایی که هزینه تولید واحد صنعتی را تحت تاثیر قرار می دهد؛ هزینه انرژی مصرفی است. از طرفی، با توجه به عدم قطعیت قیمت الکتریسیته در مقایسه با قیمت سایر حاملهای انرژی، برنامه ریزی خرید الکتریسیته مصرف کنندگان صنعتی بزرگ با رویکرد مینیمم سازی ریسک در سالهای گذشته مورد توجه قرار گرفته است. در این رساله، برنامه ریزی خرید الکتریسیته واحد صنعتی با استفاده از روش برش فازی جهت مدلسازی عدم قطعیت قیمت الکتریسیته ارائه شده است. سادگی، عدم اتکا به تولید سناریو و ارائه بازه سود مبتنی بر ریسک پذیری و ریسک گریزی مصرف کننده از ویژگیهای مدل پیشنهادی می باشد. با توجه به ارتباط برنامه ریزی خرید الکتریسیته با برنامه ریزی تولید واحدهای صنعتی، مساله خود برنامه ریزی مصرف کنندگان صنعتی بزرگ به عنوان مفهومی کاربردی و کارا برای نخستین بار در این رساله ارائه گردیده است. خودبرنامه ریزی واحد صنعتی به مفهوم تلفیق برنامه ریزی تولید واحد صنعتی و برنامه ریزی ساعتی مصرف الکتریسیته با در نظر گرفتن محدودیتهای بهره برداری واحد صنعتی، مدلسازی شده است. این برنامه ریزی با استفاده از مفهوم غلبه تصادفی مرتبه دوم به عنوان مفهومی جا افتاده در نظریه تصمیم گیری که امکان مدیریت ریسک از دیدگاهی متفاوت را فراهم می آورد؛ صورت پذیرفته است. در این راستا، با لحاظ کردن اندیس ? در قیود غلبه تصادفی مرتبه دوم، به منظور انعکاس ریسک پذیری جهت بهینه سازی خرید الکتریسیته با تکیه بر برنامه ریزی تصادفی ارائه شده است. نهایتاً، تاثیر خروج واحد نیروگاهی متعلق به مصرف کننده بر خرید الکتریسیته مصرفی از منابع موجود، به عنوان یکی از عدم قطعیتهایی که با آن مواجه هستیم؛ در مدلسازی وارد شده است. شبیه سازی های این رساله بر روی یک واحد تولیدی سیمان مورد ارزیابی قرار گرفته است.

مصرف فزاینده ی انرژی الکتریکی امروزه منجر به گسترش شبکه های انتقال در پهنه های وسیع جغرافیایی و پیچیدگی آنها شده است. از طرفی با توجه به نقش حیاتی این انرژی، هرروز قابلیت اطمینان بالاتری از شبکه درخواست می شود که تنها با پایش و کنترل دائم شبکه بدست خواهد آمد. این امر با استفاده از سیستم های متداول پایش و کنترل، به سختی محقق می شود. بنابراین، امروزه سیستم های مدرنی مانند سیستم اندازه گیری ناحیه گسترده (wams) در شبکه های قدرت به کار گرفته می شوند. wams از دستگاه های اندازه گیری فازور (pmu) برای اندازه گیری پارامترهای شبکه استفاده می کند و در اتاق کنترل مرکزی تخمینگر حالت از این داده های خام، برای تخمین حالتی معتبر از سیستم، استفاده می کند. استفاده از این تخمینگرهای خطی، مستلزم نصب pmuها در شبکه و ایجاد زیرساخت مخابراتی مناسب آنها، برای انتقال داده های خام اندازه گیری می باشد. مهیا کردن این ملزومات نیاز به سرمایه-گذاری قابل توجهی دارد. بنابراین، انتخاب طرح بهینه ی نصب pmuها و اجرای زیرساخت مخابراتی مناسب، بسیار مهم خواهد بود. در این پایان نامه، الگوریتم جدیدی برای تهیه ی طرح های مورد نیاز برای اجرای این پروژه پیشنهاد گردیده است. این الگـوریتم بر پایه ی الگوریتم بهینه سازی مورچگان بنا شده است. همچنین با توجه به ابعاد بزرگ مسئله و قیود پیچیده ی آن دو ترفند برای بهبود عملکرد الگوریتم در این مسئله، پیشنهاد شده است. همچنین در این پایان نامه، برخی ملاحظات مهندسی در مدل سازی ریاضی مسئله از جمله وجود فیبرهای نوری از پیش نصب شده در شبکه ، فاصله ی بین اتاق کنترل مرکزی و شبکه ی فیبر نوری و... نیز معرفی خواهند شد. همچنین، روش های کاهش ابعاد مسئله ی جانمایی بهینه بررسی شده و به آنها یک مورد جدید نیز اضافه شده است. برای اثبات کارایی بهتر الگوریتم پیشنهادی نسبت به روش های پیشین، نتایج آن برای شبکه های نمونه ی ieee با روش های گذشته مقایسه شده است و نتایج آن به منظور تایید کارایی بهتر الگوریتم در فصل پنجم با هم مقایسه شده است. الگوریتم پیشنهادی برای کار در شبکه های واقعی علاوه بر توانایی مدیریت قیود مختلف، باید بخوبی در شبکه های بزرگ نیز عمل کند، بنابراین الگوریتم پیشنهادی روی شبکه ی ieee-118bus به عنوان یک شبکه ی نسبتاً بزرگ تست شده است و کارایی آن در این شبکه به مراتب بهتر از سایر روش ها بوده است.

خودروهای برقی در حال تجربه رشد سریعی هستند. علت این موضوع، افزایش قیمت نفت و نگرانی های زیست محیطی است. از آن جایی که خودروهای برقی، بارهای الکتریکی بزرگی به حساب می آیند؛ این رشد سریع می تواند شبکه های قدرت را تحت فشار قرار داده و آن ها را دچار مشکلات فراوانی کند. در این پایان نامه، روشی جدیدی برای مقابله با مشکلاتی که می تواند به دلیل استفاده فراوان از خودروهای برقی به وجود آید، معرفی شده است. این روش، بر خلاف روش های پیشین بهره برداری-محور، مبتنی بر دیدگاه برنامه ریزی بوده، و از ویژگی های متفاوت انواع مختلف خودروهای برقی، استفاده می کند. تمرکز این روش بر کمینه سازی آلودگی ناشی از خودروهای برقی است. این آلودگی ها شامل آلودگی های ناشی از مصرف سوخت خودروهای برقی علاوه بر آلودگی ناشی از مصرف برق خودروهای برقی می باشد. این هدف، به وسیله تعیین بهینه سهم هرکدام از پر مصرف ترین خودروهای برقی، دنبال می شود. از سوی دیگر، قیود بهره برداری و اهداف اقتصادی سیستم قدرت، به عنوان یک هدف مهم دیگر در بهینه سازی این پایان نامه منظور شده است. از این رو، مساله به صورت یک مدل بهینه سازی دوسطحی فرمول بندی شده است تا اهداف اقتصادی و زیست محیطی، از یکدیگر تفکیک شوند. در این مدل، هدف برنامه ریزی اصلی، که در مساله سطح بالا مدل شده، کمینه سازی آلودگی دی اکسید کربن ناشی از خودروهای برقی است. مساله سطح بالا به وسیله مساله سطح پایین پخش بار بهینه، که نمایانگر نحوه بهره برداری از شبکه قدرت است، مقید شده است. بدین ترتیب، این روش، قابلیت استفاده از تمامی روش های پیشین را، که مبتنی بر بهره برداری هستند، دارد. سپس، با استفاده از تئوری دوگانی، این مدل به یک مسئله بهینه سازی تک سطحی تبدیل شده است. همچنین، اولویت های مختلف برای کاهش آلودگی مناطق شهری از دیدگاه تصمیم گیرنده نیز، با معرفی ضریب اهمیت کاهش آلودگی در مناطق شهری، ، لحاظ شده است. نتایج شبیه سازی این روش نشان می دهد که این مدل، به خوبی میزان کل آلودگی را در مقایسه با شرایطی که خودروهای برقی برنامه ریزی نشده اند، کاهش داده است. همچنین، مشاهده شد که به دلیل سطح بالای آلودگی ناشی از تولید برق، استفاده از انواعی از خودروهای برقی که متکی به استفاده از برق شبکه هستند، تنها در شرایطی که کاهش آلودگی در مناطق شهری دارای اهمیت بالایی باشد؛ ترجیح داده خواهد شد.