چکیده افزایش نیاز برای تولید توان الکتریکی، تجدید ساختار صنعت برق و تنگناها و محدودیت های ساخت خطوط انتقال جدید برای فاصله های دور انتقال توان و مشکلات اقتصادی و محیطی نیروگاه های بزرگ، موجب افزایش رغبت به تولید پراکنده قدرت شده است. واحدهای تولید پراکنده می توانند به لحاظ استراتژیک برای تقویت شبکه، کاهش تلفات و هزینه های عملیاتی، بهبود پروفیل ولتاژ و قابلیت اطمینان بازدهی در سیستم قدرت قرار گیرند. استفاده از واحدهای تولید پراکنده در سال های اخیر در مقالات مختلفی مطرح شده است. در این بین ارائه طرحی بهینه برای نصب واحدها در شبکه بسیار مهم است. در این تحقیق روشی شبه دینامیکی برای ارائه یک طرح بهینه چندساله شامل تعیین ظرفیت الکتریکی ، مکان و زمان نصب واحدهای تولید پراکنده ارائه شده است. مسئله مورد نظر در قالب یک مسئله بهینه سازی مقید به قیود شبکه و قیود مربوط به واحد تولید پراکنده تعریف شده و با هدف کاهش هزینه تلفات و هزینه انرژی تأمین نشده در یک بازه زمانی 5 ساله با استفاده از الگوریتم ژنتیک حل شده است. برای در نظر گرفتن قیود مربوط به مسئله از منطق فازی استفاده شده است. بار شبکه به صورت فازی بین 80% تا 120% مقدار نامی تغییر کرده و در نهایت ظرفیت واحدهای تولید پراکنده به صورت منحنی های فازی بدست می آید. در پایان روش مورد نظر برای ارائه طرح توسعه واحدهای تولید پراکنده در شبکه 24 شینه ieee پیاده سازی شده است. نتایج نهایی، کارایی این روش را در کاهش هزینه تلفات و هزینه انرژی تأمین نشده در طول 5 سال بهره برداری از شبکه نشان می دهد.

به دلیل تغییرات تصادفی بار الکتریکی در شبکه های قدرت، در هنگام بهره برداری از شبکه مقداری از ظرفیت تولید و انتقال شبکه به عنوان رزرو توان در نظر گرفته می شود. در بازارهای رقابتی برق توان مورد نیاز برای رزرو از بازار خدمات جانبی خریداری می شود. در این بازار واحدهای تولیدی پیشنهاد خود را شامل مقدار توان، قیمت توان و نیز قیمت آمادگی به بازار ارائه می دهند و بهره بردار شبکه توان مورد نیاز خود برای رزرو را از این بازار خریداری می کند. اجرای بازار انرژی و بازار رزرو به دو صورت هم زمان و مجزا امکان پذیر است. انتخاب هر یک از روش های یاد شده به نوع بازار و شرایط دیگر بستگی دارد. در این تحقیق شبیه سازی بازار انرژی و بازار رزرو توان اکتیو به دو صورت مجزا و همزمان برای سیستم قیمت گذاری یکنواخت انجام شده است. در هر حالت قید حداکثر توان عبوری از خطوط شبکه با در نظر گرفتن ظرفیت موجود انتقال در کنار قیود مربوط به محدودیت تولید واحدهای شرکت کننده در بازار انرژی و رزرو توان اکتیو در نظر گرفته شده است. سپس در زمان اضافه بار شبکه با استفاده از یک مسئله بهینه سازی خطی، توزیع بهینه بین واحدهای برنده شده در بازار رزرو انجام شده و توان مورد نیاز با کمترین هزینه از این واحدها تأمین می شود. در پایان روش مورد نظر بر روی شبکه 39 شین ieee پیاده شده است. شبیه سازی مسئله در 8 سناریوی مختلف انجام شده است. نتایج نشان می دهد در حالت اول(اجرای مجزا) قیمت تسویه بازار کمتر از حالت دوم (اجرای همزمان) است. همچنین رفاه اجتماعی، مجموع توان مبادله شده در بازار انرژی و هزینه تأمین رزرو شبکه، در حالت اول بیشتر از حالت دوم است. این موضوع نشان می دهد اجرای همزمان بازار انرژی و بازار رزرو توان اکتیو، هزینه رزرو شبکه را کاهش می دهد در حالی که اجرای مجزای بازار انرژی و بازار رزرو توان اکتیو، موجب کارایی بهتر بازار انرژی می-شود. در نهایت می توان نتیجه گرفت برای شبکه هایی که دارای تغییرات بار زیادی هستند و اغلب به رزرو زیادی نیاز دارند اجرای همزمان کارایی بهتری دارد و در شبکه هایی که بار شبکه ثبات بیشتری دارد اجرای مجزا نتایج بهتری را بدست می دهد. در این تحقیق سعی شده است با طرح سناریوهای مختلفی حالتهای مسئله شبیه سازی شود و این امر موجب می شود نتیجه نهایی بدست آمده در شرایط مختلف از اعتبار خوبی برخوردار باشد. همچنین در این تحقیق روشهای اجرای همزمان و اجرای مجزا با استفاده از روش ریاضی حل شده اند که اغلب سرعت بیشتر و پاسخ مطمئن تری نسبت به الگوریتم های هوشمند دارند.

در چند دهه اخیر، به دلیل وقوع خاموشی های سراسری در نقاط مختلف دنیا، موضوع پایداری ولتاژ و فرکانس به یکی از عمده ترین نگرانی های بهره برداران سیستم قدرت تبدیل شده است. از یک طرف به دلیل مسائل اقتصـادی، باید بیشترین استفاده از ظرفیت خطوط به عمل آید و از طرف دیـگر به دلیل خطر ناپایداری، بهره بردار باید تلاش کند که همواره سیستم قدرت را در یک فاصله مطمئن از ناپایداری نگه دارد. عملیات کنترلی برای تامین پایداری به دو صورت پیشگیرانه و اضطراری انجام می شود. بارزدایی به عنوان یکی از مهمتـرین ابزارهای کنـترلی و آخرین راه حل در جلوگیری از ناپایداری شبکه به شمار می آید. در این پایان نامه با استفاده از مسائل اساسی و پایه و با تکیه بر روش های تحلیلی و همچنین الگوریتم هوشمند، راهکاری به منظور ارزیابی میزان پایداری و نیز مقابله با وقوع ناپایداری با امکان وقوع تهیه و تنظیم گردد. بدین منظور با استفاده از شاخص های ارزیابی پایداری فرکانس و ولتاژ و شبکه فازی به عنوان یک الگوریتم هوشمند در برنامه حذف بار فرکانسی و با در نظر گرفتن پایداری ولتاژ شبکه استفاده گردیده است. الگوریتم پیشنهادی، بر روی شبکه استاندارد نمونه (شبکه 39 باسه ieee) و با استفاده از اطلاعـات همزمان فازور ولتاژ باس ها و فرکانس باس های ژنراتوری بدست آمده از واحدهای اندازه گیری فازور (pmu) مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از این الگوریتم نشان می دهد که با در نظر گرفتن میزان رزرو چرخان نیروگاه ها و با تخمین شدت اغتشاش با استفاده از شاخص df/dt انتگرالی و در نظر گرفتن همزمان پایداری ولتاژ می توان با حذف بار کمتر پایداری شبکه را تضمین نمود.

در سال های اخیر مسئله ی پایداری ولتاژ به دلایل زیادی از جمله رشد سریع بار و محدودیت های اقتصادی و زیست محیطی به یکی از مهم ترین نگرانی های بهره برداران سیستم تبدیل شده است. از یک طرف به دلیل مسائل اقتصادی، باید بیشترین استفاده از ظرفیت خطوط انتقال صورت پذیرد؛ و از طرف دیگر با توجه به خطر ناپایداری، باید یک حاشیه ی امنیت مناسب تا نقطه ی ناپایداری وجود داشته باشد. در این پروژه الگوریتمی جهت ارزیابی و بهبود بهنگام پایداری ولتاژ با استفاده از شبکه های عصبی ارائه می شود. به صورت کلی الگوریتم به دو بخش نابهنگام و بهنگام تقسیم می شود. ابتدا ارزیابی پایداری ولتاژ برای حالت های کاری مختلف به صورت نا بهنگام انجام می شود. جهت ارزیابی پایداری از شاخص حد امنیت ولتاژ استفاده شده و نقاط کار بدست آمده با توجه به دستورالعمل wscc به دو دسته ی ایمن و غیر ایمن تقسیم بندی می شوند. سپس با تغییر الگوی تولیدی ژنراتورها و در صورت لزوم حذف بار با استفاده از روش آنالیز حساسیت، حاشیه امنیت ولتاژ نقاط کاری که برچسب غیر ایمن خورده اند به مرز ایمن برگردانده می شوند. در ادامه مقادیر محاسبه شده برای ولتاژ باس ها، جریان خطوط و توان تولیدی ژنراتورها در نقاط کار مختلف به همراه عملیات کنترلی و پیشگیرانه ی لازم جهت برگرداندن حاشیه امنیت ولتاژِ نقاط کار غیر ایمن به مرز ایمن، بانک داده را تشکیل می دهد. سپس شبکه عصبی بر روی بانک داده بدست آمده آموزش داده می شود. با استفاده از شبکه عصبی به عنوان تخمین گر عملیات کنترلی و پیشگیرانه لازم، در واقع این شبکه جایگزین محاسبات سنگین، تکراری و غیر خطی روش آنالیز حساسیت می شود. محاسبه تغییرات لازم با استفاده از روش آنالیز حساسیت فرایندی زمان بر بوده و محاسبه آن به صورت بهنگام در سیستم های قدرت بزرگ امکان پذیر نیست. شبکه عصبی با ایجاد نگاشتی مناسب مابین ورودی ها و خروجی از فرایند تکراری محاسبات سنگین عددی جلوگیری می کند. در مرحله بهنگام با توجه به اطلاعاتی که توسط واحدهای اندازه-گیری فازور بدست می آید، شبکه ی عصبی عملیات کنترلی لازم جهت برگرداندن شبکه به وضعیت مناسب ولتاژی را تخمین می زند. در این راستا فرض می شود که اطلاعات ورودی مورد نیاز شبکه ی عصبی به منظور اجرای الگوریتم مورد نظر با دقت و سرعت لازم توسط واحدهای اندازه گیری فازور ( pmus) در دسترس می باشد. این واحدها با در اختیار قرار دادن هم زمان فازورهای شبکه، رویت-پذیری بهنگام سیستم را امکان پذیر می کنند. در انتها نیز طرح ارائه شده جهت بهبود حاشیه امنیت ولتاژ بر روی شبکه 39 باسه مورد مطالعه قرار می گیرد.

در سه دهه گذشته، سیستم های قدرت دچار تغییرات ساختاری فراوانی شده اند و روند تجدید ساختار در بسیاری از سیستم های قدرت، موجب شکل گیری بازارهای رقابتی برای خرید و فروش انرژی الکتریکی و خدمات جانبی شده است که از جمله ی آن ها، بازار عمده فروشی روز پیش رو می باشد. با این وجود، بازارهای برق موجود در جهان، فاصله ی زیادی تا رسیدن به یک بازار کاملا رقابتی دارند که دلیل آن را می توان ویژگی های ذاتی سیستم قدرت به همراه شیوه های مدیریتی و سیاست گذاری های موجود در بازارهای برق دانست. در بازارهای برق جهان و از جمله ایران، بازیگران بازار برق پیشنهادات خرید یا فروش خود را به بهره بردار بازار ارائه می کنند و بهره بردار بازار پس از تسویه بازار، نتایج را به بازیگران اطلاع می دهد. در ساختارهای کنونی بازار برق، بازیگران اجازه اطلاع از پیشنهاد قیمت های دیگر بازیگران و تغییر پیشنهاد قیمت های خود قبل از تسویه بازار را ندارند.از این رو می توان گفت محرمانه بودن اطلاعات بازیگران بازار پیش از تسویه بازار، یکی از فرض هایی است که تقریبا در تمامی بازارهای برق قطعی فرض می شود. از سوی دیگر، وجود اطلاعات شفاف و کامل، یکی از شرایط علم اقتصاد خرد برای بازارهای رقابت کامل می باشد، که این مهم در بازارهای برق چندان رعایت نمی شود. عدم شفافیت اطلاعات در بازارهای برق که برای آن توجیهاتی چون جلوگیری از تبانی و اعمال قدرت بازار آورده می-شود، موجب کاهش سیالیت در بازارهای برق شده و از سوی دیگر عدم اطمینان بازیگران موجود و سرمایه گذاران جدید را به همراهدارد. در این پروژه، یکی از اساسی ترین فرضیات بازارهای برق موجود که مبتنی بر محرمانه بودن پیشنهاد قیمت بازیگران بازار است به چالش کشیده می شود و تاثیر آزادسازی اطلاعات بر شاخص های بازار مورد بررسی قرار می گیرد. آزادسازی اطلاعات بازارهای برق موجب ایجاد تفاوت های فراوان در مکانیزم اجرای بازار برق می شود و چنین بازاری «بازار روباز» نامیده می شود. در این پروژه ابتدا مبانی علم اقتصاد در مباحث رقابت، بازارهای رقابت کامل، تئوری حراج ها، قدرت بازار و شفافیت اطلاعات در بازارهای برق مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه دسته بندی اطلاعات بازارهای برق انجام می شود و اطلاعات قابل آزادسازی، شیوه ی آزادسازی این اطلاعات و مکانیزم های اجرای بازار روباز مورد بررسی قرار می گیرد و در نهایت یکی از حالات برای شبیه سازی در این پروژه انتخاب می گردد. سپس روش شبیه سازی در این پروژه بررسی شده و الگوریتم شبیه سازی ارائه می گردد. شبیه سازی بازار روز پیش رو بر روی شبکه های نمونه 6 باس و 30 باس در چند حالت انجام شده و نتایج حاصله و شاخص های مختلف بازار برای بازار های رقابت کامل، بازار سربسته و بازار روباز ارائه شده و تحلیل می شوند.

یک ریزشبکه قسمتی از شبکه توزیع است که از تعدادی واحد تولید پراکنده (dg) و بارهای متصل به آن تشکیل شده است و می تواند در دو حالت متصل به شبکه (مود موازی) و یا مستقل از آن (مود جزیره ای) عمل کند. طیف فن آوری-های مطرح در ساختار dgهای ریزشبکه بسیار گسترده است و برقراری اتصال بسیاری از این فن آوری ها با شبکه برق، نیازمند واسط های اینورتری است (ei-dg). در این میان و مشابه سیستم های قدرت مرسوم، یکی از شاخص های اصلی در بهره برداری ریزشبکه ها کنترل فرکانس-توان اکتیو است که عملی ساختن آن نیاز به ایجاد هماهنگی میان dgها دارد. مطالعات گسترده در این زمینه دو دسته راهکار ارائه می دهند، دسته اول نیاز به ارتباطات مخابراتی با پهنای باند بالا دارند. و دسته ای دیگر مشابه سیستم های قدرت مرسوم از روش های مبتنی بر دروپ استفاده می کنند. در این پایان نامه برای تنظیم توانِ اکتیوِ تولیدیِ مولدهایِ فرمان پذیر از دو روش مبتنی بر دروپ با نام های کنترل توانِ واحد (upc) و کنترل توانِ عبوریِ فیدر (ffc) استفاده شده است. این روش ها قادرند توان اکتیوِ درخواستی را به تناسب ظرفیت dgهای موجود میان آنها تقسیم کنند، ضمن اینکه بستری را فراهم می سازند که توسعه ریزشبکه نیازی به بازنگری اساسی در سیستم کنترل نداشته باشد. با در نظر گرفتن ترکیب هایی متفاوت از دو روش upc و ffc برای آرایش های سری و موازی dgها اصول تقسیم توان تحقیق شده است. مولدهای فرمان پذیر مورد بررسی اینورتری هستند و در حالیکه مدار قدرت سمت ac آنها از اتصال یک فیلتر به اینورتر منبع ولتاژ ساخته می شود، سمت dc آنها به یک منبع ولتاژ ثابت وصل است. تقاضای راکتیو بارهای ریزشبکه نیز با استفاده از روش مرسوم دروپ میان مولدهای محلی تقسیم می گردد. هدف از اعمال دروپ کنترل برای توان راکتیو، تنظیم ولتاژ شینه های محل نصب مولدها در مقدار نامی است. این رساله با معرفی ریزشبکه ها شروع و در ادامه انواع روش های ممکن برای کنترل مولدهای اینورتری و روش برگزیده این پایان نامه توصیف می شوند. سپس در بخش اول از فصل سوم، با بیان مبانی لازم دو روش upc و ffc و قابلیت هایشان تشریح می گردند. بررسی های بخش اول نشان می دهند که در ریزشبکه ای جزیره ای با مولدهای فرمان-پذیر اگر همه مولدها به روش upc کنترل شوند، هر تغییری در بار، فرکانس ریزشبکه را تغییر خواهد داد. در ادامه و به عنوان اولین نوآوری، نخست ساختار بهبود یافته ای از روش upc ارائه می گردد که هدفش تنظیم همیشگی مقدار نامی برای فرکانس چنین ریزشبکه ای است. سپس به عنوان دومین نوآوری، ساختار جدیدی جهت بهبود کارایی روش ffc پیشنهاد می شود که در آن مولفه هایی از مشتق توان های اکتیو و راکتیو تبادل شده توسط اینورتر اضافه شده است. در حالیکه استفاده از ساختار پایه ی روش ffc در سیستمِ تقسیمِ توان پاسخ دائمیِ مناسبی را عرضه می دارد، استفاده از این ساختار جدید به صورت همزمان پاسخ دائمی و گذرایِ سیستمِ تقسیمِ توان را ارتقا می دهد. راست آزمایی ساختارهای پایه یِ روش های upc و ffc از طریق شبیه سازی در نرم افزار matlab/simulink و مقایسه با نتایج ارائه شده از سوی مراجع مبتکر این روش ها صورت پذیرفته، ضمنا عملکرد ساختارهای پیشنهادی نیز با انجام شبیه سازی هایی مشابه سنجیده شده و با نتایج ساختارهای پایه مقایسه شده اند.

هدف از طراحی هر سیستم قدرت الکتریکی تحویل انرژی الکتریکی (تامین انرژی) مناسب ،ایمن و پیوسته( بدون قطعی و خاموشی) برای مصرف کننده می باشد.از طرف دیگر در شبکه های قدرت الکتریکی،پدیده رشد بار با افزایش تقاضا وجود دارد و این مهم را بایستی در طراحی اولیه سیستم مد نظر داشت تا در آینده پایداری شبکه را دچار مشکل نکند. در حال حاضر مدلسازی بار هنوز یکی از مسائل سخت در سیستم قدرت می باشد.مدلسازی بار تاثیر مهمی روی شبیه سازی و کنترل دینامیک سیستمهای قدرت دارد.مدلهای مختلف بار،در آنالیز پایداری ولتاژ،پایداری زاویه و پایداری سیگنال کوچک تاثیر خیلی مهمی در نتایج شبیه سازی دارد.اگر یک مدل غیر مناسب برای بار استفاده شود،نتایج غیر صحیحی کسب خواهد شد و تجربه نشان داده است که مدلهای مختلف بار،نتایج متفاوتی خواهند داشت. تا کنون مدل اکثر عناصر سیستم قدرت اعم از ژنراتور،موتور،خط،خازن،راکتور،ادوات الکترونیک قدرت و ادوات facts بدست آورده شده و در تحلیل سیستم های قدرت از آن استفاده شده است.در این تحلیل ها غالباً بارها را به صورت یک عنصر امپدانس ثابت یا یک عنصر با مقادیر p و q مشخص در نظر گرفته شده است.در حالیکه چنین مدلی در آنالیز پایداری سیستم قدرت نه تنها پاسخگو نیست بلکه گاهاً نتایج برعکس نیز به دنبال خواهد داشت.بعلت متغیر بودن بارو همچنین متغیر بودن ترکیب اجزای بار ارائه مدلی همانند دیگر عناصر سیستم قدرت برای بارهای الکتریکی کار مشکلی است .در این پروژه روشی جهت مدلسازی بار های سیستم قدرت ارائه شده است. مدلسازی بار یک مسئله شناسایی پارامترها می باشد.تابع هدف مورد بررسی ،مجموع مربعات تفاضل های بین مقادیر اندازه گیری شده توان اکتیو و راکتیو بار و مقادیر شبیه سازی شده آن میباشد.در واقع هدف پیدا کردن پارامتر های مدل ترکیبی بار است چنانکه تابع هدف مذکور را مینیمم نماید. ویژگی این پروژه اینست که در آن بر اساس روش مدلسازی مبتنی بر اندازه گیری از چند سناریو جهت مدلسازی هر باراستفاده شده است.سپس پارامتر های بار را برای هر یک از سناریو ها بدست آورده و مقدار متوسط هر یک از پارامترها را بعنوان مدل بار در نظر میگیرد.در آخر ازسناریو های دیگری جهت اعتبار سنجی مدل استفاده می کند.خطای ارزیابی در این پروژه نسبت به کارهای مشابه صورت گرفته به مقدار قابل ملاحظه ای بهبود یافته است. آلگوریتم مورد استفاده در این پروژه جهت شناسایی پارامترهای مدل بار ،آلگوریتم ژنتیک می باشد که تعداد 16 پارامتر مدل بار را بوسیله آن میتوان پیدا کرد

با تجدید ساختار سیستم های قدرت، استفاده از حداکثر ظرفیت های موجود در شبکه جهت کاهش هزینه های تأمین انرژی به صورت ایمن بسیار مورد توجه است. یکی از کارهایی که برای حصول امنیت در زمان بهره برداری مورد توجه است، در نظر گرفتن خدمات جانبی نظیر ذخیره ی واحدها در برنامه ریزی اجرای بازار است. با توجه به اینکه میزان ذخیره ی قابل ارائه ی واحدها به میزان توان تولیدی آنها بستگی دارد، اجرای بازار همزمان انرژی و خدمات جانبی رزرو یکی از مفیدترین و بهینه ترین راهکارهای در نظر گرفتن ذخیره جهت نیل به بهره برداری ایمن از شبکه است. در روش سنتی اجرای بازار همزمان، با در نظر گرفتن مقداری از ذخیره به عنوان آمادگی واحدها، و بدون محاسبه ی دقیق مقدار مورد نیاز جهت مقابله با عدم قطعیت ها، گاه محافظه کاری شده و هزینه ی بیشتر تحمیل می گردد و گاه در برآوردهای میزان ذخیره ی مورد نیاز اشتباه شده و امنیت سیستم به خطر می افتد. جهت رفع این مشکل، امروزه اجرای بازار با در نظر گرفتن عدم قطعیت های محتمل برای حل دقیق و بدست آوردن بهینه ی میزان هزینه ی اضافی مورد نیاز برای پوشش عدم قطعیت ها مورد توجه است. در این پایان نامه مدل بازار با در نظر گرفتن عدم قطعیت در پیش بینی بار اجرا شده است. همچنین جهت پوشش این عدم قطعیت و احراز امنیت سیستم، علاوه بر اقدامات اصلاحی معمول نظیر استفاده از رزرو افزایشی و کاهشی واحد ها و قطع بار اجباری، از پتانسیل خودروهای الکتریکی در قالب تجمیع کننده ها در ارائه ی خدمات رزرو استفاده شده است. در نهایت با اجرای انواع مدل بازار همزمان انرژی و خدمات جانبی به صورت قطعی و احتمالاتی و با در نظر گرفتن خودروهای الکتریکی با رویکرد فقط شارژ و رویکرد شارژ و دشارژ، پتانسیل های خودروهای برقی در کاهش هزینه ها و پوشش عدم قطعیت ها مورد بررسی قرار گرفته و مزایای آن برای سیستم قدرت مورد مطالعه قرار گرفته است. از مهم ترین نتایج شارژ و دشارژ بهینه ی خودروهای برقی که در این پایان نامه بدست آمده است، می توان به مسطح شدن منحنی بار، کاهش هزینه های تأمین انرژی روزانه و کاهش هزینه های مورد نیاز برای تخصیص توان ذخیره به دلیل استفاده از پتانسیل خودروهای برقی در ارائه ی توان ذخیره اشاره نمود.