استفاده از ادوات facts در شبکه های برق، به دلیل توانایی های زیادشان در امر کنترل شبکه هر روز مطلوبیت بیشتری می یابد. در میان ادوات مذکور، ipfc تنها عنصری است که قابلیت تنظیم توان های اکتیو و راکتیو چند خط را بصورت همزمان دارا می باشد. اما استفاده از ادوات facts مشکلاتی را برای رله های حفاظتی به وجود می آورد. به طور خاص در مورد ipfc، وجود مبدل های آن به عنوان منابع ولتاژ سری در حلقه اتصال کوتاه موجب می شود امپدانس مولفه مثبت که توسط رله های دیستانس اندازه گیری می گردد، دیگر نشان دهنده فاصله رله تا محل اتصال کوتاه نباشد و رله را در معرض اضافه/ کم دسترسی و عملکرد اشتباه برای عیوب خارج از زون قرار دهد. بنابراین عملکرد رله ها برای چنین شرایطی باید دقیقا" مطالعه گردد. در این پایان نامه تاثیر حضور ipfc بر عملکرد رله های دیستانس مدلسازی شده، تفاوت تاثیر حضور ipfc با حضور عناصر دیگری همچون sssc و upfc تشریح می گردد. در ادامه روشی نوین بر مبنای تئوری ریاضی نگاشت جهت تنظیم رله های دیستانس و تخفیف تاثیر حضور ipfc بر عملکرد آنها ارائه می گردد. ابتدا ضمن طراحی کنترل کننده های یک ipfc دو مبدله، با استفاده از پارامترهای این کنترل کننده ها، رابطه امپدانس تزریقی مبدل های سری حین اتصال کوتاه سه فاز بدست می آید. سپس با سود بردن از قابلیت گروه تنظیم رله های دیستانس و با توجه به رابطه امپدانس سری بدست آمده، ناحیه قطع رله بر مشخصه امپدانسی خط به گونه ای نگاشته می شود که تاثیر حضور ipfc بر عملکرد رله دیستانس تخفیف یابد. سپس عملکرد رله های دیستانس دو سوی خطوط دارای مبدل برای اتصال کوتاه های خارج از زون و هماهنگی آنها در زون1 بررسی می گردد. نتایج شبیه سازی های انجام گرفته در نرم افزار pscad/emtdc، کارایی روش های پیشنهادی را نشان می دهند.

خاموشی‏های سراسری معمولاً توسط یک سلسله حوادث دور از انتظار و یا با احتمال کم، که عموماً توسط طراحان سیستم قدرت برنامه‏ریزی نشده و نیز توسط اپراتورهای سیستم قابل‏پیش‏بینی نیستند و به عنوان پیشامدهای شدید شناخته می‏شوند، اتفاق می‏افتند و سیستم را مستعد بروز و در معرض خاموشی‏های سراسری قرار می دهند. این نوع حوادث به دنبال خروج پی در پی تجهیزات در یک سیستم قدرت تحت تنش که فقط به طور حاشیه‏ای معیارهای برنامه‏ریزی را برآورده می‏سازد، اتفاق می‏افتند. برای به حداقل رساندن پتانسیل خاموشی‏‏های سراسری، طراحی سیستم‏های حفاظتی ویژه به عنوان بخشی از طرحهای دفاعی ناحیه گسترده که به خوبی هماهنگ شده‏اند توسعه یافته و پیاده‏سازی شده است. در این پژوهش حذف بار ولتاژ پایین به عنوان حفاظت ویژه استفاده شده است. در گذشته، به منظور حداقل نمودن ریسک ناشی از تجاوز ماکزیمم دمای مجاز طراحی شده برای هادی‏ها، یک ظرفیت استاتیکی که معمولا بر اساس فرضیات بدترین شرائط آب و هوایی و شدیدترین مفروضات محافظه‏کارانه از قبیل دمای هوای محیط خیلی بالا، تابش خورشید مستقیم و سرعت پایین بادو ... استوار است، محاسبه شده است. اما این موضوع تایید شده است که چنین روشهایی محافظه‏کارانه بوده و تنها نتیجه آن کم بهره‏گیری از ظرفیت هادیهای انتقال می‏باشد، به همین دلیل در این پروژه از ظرفیت دینامیکی خطوط انتقال به جای ظرفیت استاتیکی به منظور بهبود عملکرد سیستم حفاظتی ویژه طراحی شده، استفاده شده است. ظرفیت دینامیکی خطوط انتقال به عنوان فرآیند تنظیم ظرفیت حرارتی تجهیزات قدرت برای شرایطی از قبیل دمای هوا، سرعت و جهت باد و ... تعریف شده است. با محاسبه ظرفیت دینامیکی خطوط انتقال می توان فهمید که خطوط مجاور خط مقطوع تا چه حد از مقدار توان قطع شده را می‏توانند تحمل کنند در صورتیکه شبکه همچنان پایدار بماند، در این صورت می توان با اصلاح سیستم حفاظتی ویژه، مقدار توانی که توسط سایر خطوط قابل تحمل نیست و می‏تواند باعث اضافه بار آنها شود را با در نظر گرفتن اقدامات مقابله‏ای برطرف نمود و از بروز ناپایداری و در نهایت خاموشی سراسری پیشگیری کرد. در این تحقیق محاسبه و اعمال ظرفیت دینامیکی خطوط انتقال تحت دو سناریو مورد بررسی قرار گرفته است. در اولین سناریو عملکرد سیستم حفاظتی ویژه طراحی شده با در نظر گرفتن ظرفیت دینامیکی خطوط در یک روز تابستانی تست شده و در دومین سناریو عملکرد سیستم حفاظتی ویژه طراحی شده با در نظر گرفتن ظرفیت دینامیکی خطوط در یک روز زمستانی بررسی شده است و در نهایت نشان داده شده است که اعمال ظرفیت دینامیکی خطوط انتقال به سیستم حفاظتی ویژه طراحی شده می تواند تاثیر قابل توجهی بر روی حذف بار نهایی داشته باشد و حتی تاثیر آن در یک روز زمستانی بیشتر از یک روز تابستانی است.

تولید انرژی الکتریکی از منابع تجدیدپذیر به یکی از مطلوبترین راهکارها برای مقابله با کمبود سوخت های فسیلی، جلوگیری از انتشار گازهای گلخانه ای و گرم شدن زمین، تبدیل شده است. ریزشبکه ها به عنوان شبکه های به هم پیوسته ای از سیستم های انرژی پراکنده (منابع و بارها) می باشند که قادرند به صورت متصل و مجزا از شبکه های توزیع به فعالیت بپردارند. با توجه به وجود بارهای مختلف از نظر اولویت تغذیه، مصرف کنندگان می توانند با ارائه میزان بار قابل قطع یا جابجایی خود در قیمت های مختلف، به مرکز کنترل ریزشبکه در بهینه سازی بهره برداری از ریزشبکه و تامین انرژی بار های بحرانی کمک کنند. قیمت دهی مصرف کننده می تواند در کاهش هزینه های بهره برداری، مخصوصا زمانی که قیمت های بازار بالاست، بسیار مفید باشد. در ضمن با این روش مصرف کنندگان می توانند از پرداخت هزینه های زیاد برای بارهای کم اهمیت خود جلوگیری کنند. در این پروژه تاثیر قیمت دهی مشترکان بر بهره برداری از ریزشبکه ها با در نظر گرفتن انواع مصرف کننده و اولویت های مختلف بار تحلیل می شود. برای قیمت دهی، مصرف کنندگان به جای پیشنهاد های توان-قیمت، پیشنهاد های خود را به صورت بلوک های توان-اولویت-قیمت به بازار ارائه می کنند. در این روش هر مصرف کننده قادر است برای هر اولویت مصرفی خود، میزان قیمت مطلوب مورد نظر خود را تعیین کرده و استراتژی تامین هر اولویت بار را بر اساس نوع نیاز و قیمت پیشنهادی خود به بازار اعلام کند. علاوه بر این، تاثیر اقتصادی اعمال محدودیت های کفایت تولید یعنی برآوردن تقاضای بخش ویژه ای از بار ریزشبکه توسط تولیدات محلی در صورت جزیره ای شدن ریزشبکه ارزیابی می شود. این موضوع برای دستیابی به یک انتقال بدون تنش های گذرا از حالت اتصال به شبکه به حالت جزیره ای ریزشبکه اهمیت دارد. نتایج نشان می دهد که با افزایش مشارکت مصرف کننده در پاسخ تقاضا، مخصوصا زمانی که خودروهای برقی به شبکه وارد می شوند، موجب کاهش هزینه های بهره برداری و کم شدن فاصله بین پیک و دره منحنی بار می-شود. همچنین نتایج نشان می دهد که از مدیریت بهینه و هوشمند شارژ و دشارژ خوروهای الکتریکی می توان به عنوان فرصتی برای کاهش هزینه های بهره برداری استفاده کرد.

امروزه بحران های سیاسی، اقتصادی و مسائلی نظیر محدودیت دوام ذخائر فسیلی، نگرانی های زیست محیطی، ازدیاد جمعیت، رشد اقتصادی و افزایش مصرف سوخت از مباحثی هستند که فکر اندیشمندان و سیاست مداران را در یافتن راهکارهای مناسب در حل معضلات انرژی در جهان و به خصوص بحران های زیست محیطی به خود مشغول داشته است. با توجه به بحران های انرژی در سطح جهان، استفاده از منابع انرژی تولید پراکنده به خصوص انرژی های نو در مصارف مختلف، روز به روز در حال افزایش است. با افزایش نفوذ منابع تولید پراکنده در سمت مصرف کننده، مفهوم جدیدی به عنوان ریز شبکه در بخش توزیع مطرح می شود که می تواند به صورت اتصال به شبکه و به صورت جزیره ای بهره برداری شود. با توجه به اینکه اغلب منابع تولید پراکنده برای اتصال به شبکه از مبدل های الکترونیک قدرت واسط استفاده می کنند، بنابراین مسائل فنی و کنترلی آن ها با شبکه های سنتی متفاوت خواهد بود. وجود این تفاوت ها پایه بسیاری از تحقیقات در زمینه ریز شبکه شده است. از مهم ترین مسائلی که در رابطه با کنترل ریز شبکه ها مطرح است، کنترل آن در حالت جزیره ای شدن و بعد از جزیره ای شدن می باشد.یک ریز شبکه در حالت اتصال به شبکه با توجه به میزان تولید و مصرف داخلی خود با شبکه بالادست تبادل توان می-کند، بنابراین درصورتی که در لحظه جزیره ای شدن تعادل تولید و مصرف داخلی ریزشبکه برقرار نباشد برای ادامه کار ریز شبکه،کمبود یا اضافی توان داخلی ریز شبکه بایستی جبران شود. از طرفی به دلیل حضور منابع تجدید پذیر در ریز شبکه، هر گونه اختلال در شرایط آب و هوایی منجر به از بین رفتن تعادل توان آن در حین عملکرد جزیره ای خواهد شد که بایستی مورد توجه قرار گیرد . در این تحقیق رفتار ریز شبکه کاملاٌ اینورتری در هنگام جزیره ای شدن با وجود اختلالات تولید در منابع تجدید پذیر مورد بررسی قرار می گیرد. بدین منظور روش های کنترل محلی برای کنترل ریز شبکه توسعه داده می شود تا ریز شبکه بدون استفاده از لینک مخابراتی تعادل تولید و مصرف خود را با حضور منابع کنترل پذیر و منابع ذخیره ساز برقرار سازد. در پایان با توجه به اهمیت خودروهای برقی و نفوذ آن ها در ریز شبکه های آینده، در این تحقیق سعی شده است تاثیر نفوذ خودروهای برقی و نقش آن ها در عملکرد و کنترل ریز شبکه ها بررسی می شود.

در این پژوهش، برنامه های پاسخگویی بار (demand response) که در اکثر بازارهای برق جهان اجرا می-شوند مورد بررسی قرار می گیرند، این برنامه های نه گانه به دو گروه عمده تشویق محور و زمان محور و همچنین برنامه های تشویق محور به سه زیرگروه تشویق محور داوطلبانه (فاقد جریمه)، تشویق محور اجباری (مبتنی بر جریمه) و تشویق محور مبتنی بر تسویه بازار تقسیم شده اند. در این پژوهش، مدل غیر خطی برنامه پاسخ تقاضای اضطراری با استفاده از روش بهینه سازی چند مرحله ای تبدیل به مدل خطی شده است که تاثیر اجرای این برنامه را برپایه برنامه های پاسخگویی تشویق محور مدل می کند. در این مدل از مفهوم حساسیت برای مدل کردن رفتار مشتریان استفاده شده است. همچنین عملکرد برنامه در شرایط زمان واقعی نیز بررسی شده است. همچنین در این پژوهش، برای بهبود امنیت ریزشبکه در شرایط جزیره ای شدن و تامین رزرو ریز شبکه و شبکه قدرت، استفاده از الگوی پاسخگویی بار در شرایط اضطراری مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. مطالعات عددی بر روی ریز شبکه 17- bus و شبکه ieee 39-bus صورت گرفته است. پیاده سازی برنامه پاسخ تقاضا بر روی نرم افزار متلب و شبیه سازی حوزه زمان بر روی نرم افزار digsilent صورت گرفته است.

در این پایان نامه انواع روشهای کنترل فرکانس شبکه های قدرت شرح داده خواهد شد. پاسخ دهی سمت مصرف روش نوینی است که امروزه مورد توجه محافل مختلف قرار گرفته است که با حضور خود در شبک? قدرت ضمن بالا بردن امنیت شبکه باعث می گردد تا صرفه جویی های اقتصادی قابل توجهی نیز نصیب اجزای تشکیل دهند? آن گردد. پاسخگویی بار در واقع قابلیت مصرف کنندگان یک شبکه به تغییر الگوی مصرف خود با توجه به تغییرات لحظه ای قیمت برق در یک باز? زمانی مشخص اطلاق میگردد. برنامه های پاسخ تقاضا این فرصت را به مصرف کنندگان میدهد تا میزان برق مصرفی خود را به طور اقتصادی مدیریت کنند. وجود پاسخ تقاضا در بازار خدمات جانبی مانند خدمات تنظیم فرکانس کنترل ولتاژ و رزرو چرخان برای کاهش قیمت این بخش امری حیاتی است. مشکلات و پیچیدگی های مربوط به نصب و اجرا و همین طور نظارت لحظه ای بر تعداد زیادی از بارهای کوچک مقیاس خانگی مانع بزرگی بر سر راه عملی شدن این امر و استفاد? بارهای سمت مصرف به عنوان رزرو شبکه شده است. رفاه مصرف کنندگان و همچنین فرسایش احتمالی نیز از نگرانی های موجود برای وسایل الکتریکی مصرف کنند? نهایی است.

تا کنون مطالعات زیادی در زمینه کنترل فرکانس به دلیل ارزش و اهمیت آن در مباحث ارائه ی پایدار انرژی در سیستم های قدرت، انجام شده است. با افزایش نفوذ خودروهای الکتریکی در شبکه این خودروها می توانند نقش بسزایی در سیستم های قدرت و کنترل فرکانس آن ایفا کنند. همچنین مطالعاتی در راستای مدل سازی بار و تولید این خودروها از دید شبکه های قدرت انجام گرفته است، که در حقیقت با مدل سازی و شبیه سازی رفتار این خودروها دید مناسبی را از پروفایل بار و پتانسیل تولید این خودروها در طول ساعات مختلف شبانه روز به متخصصان می دهد. این خودروها رفتار تصادفی دارند و در نتیجه ظرفیت توان قابل دسترس آنها نیز دارای رفتار تصادفی می باشد. در نتیجه برای بررسی اثر آنها بر شبکه باید از مدل های آماری و احتمالی استفاده کرد. اپراتور سیستم قدرت برای گریز از ریسک تصادفی بودن ظرفیت این خودروها می تواند از نهادی به نام تجمیع کننده کمک بگیرد و در نتیجه این ریسک را به تجمیع کننده انتقال دهد. تجمیع کننده ظرفیت خودروهای الکتریکی را تجمیع می کند و به صورت بلوک های چند مگاواتی با اپراتور سیستم قرارداد می بندد. در این پروژه ابتدا به بررسی مفاهیم مرتبط با v2g (اتصال خودرو به شبکه) و کنترل فرکانس پرداخته می شود. سپس نقش تجمیع کننده در خدمات v2g و کنترل فرکانس ارزیابی می گردد. سپس فرض خواهد شد که در مبادلات و قراردادهای توان، این نهاد تجمیع کننده وجود ندارد که بررسی آن در این پروژه مطرح می شود. همانطور که قبلاً ذکر شد رفتار خودروهای برقی به دلیل تصادفی بودن رفتار مالکان خودروها کاملاً تصادفی است، ولی اگر تعداد این خودروها زیاد باشد با ترکیب این متغیرهای تصادفی می توان رفتاری قابل پیش بینی را برای آن تصور نمود. اساس این پروژه مدل سازی رفتار این خودروها با استفاده از توزیع دوجمله ای و نرمال است و سعی شده است مدل احتمالاتی تقریباً کاملی که پارامترهای مورد نیاز از جمله محدودیت انرژی، برنامه ریزی شارژ و ... را پوشش دهد، ارائه شود و طریقه محاسبه توان بهینه برای شرکت در بازار خدمات جانبی توضیح داده شده است. همچنین با استفاده از این توزیع های احتمال، مقدار بهینه توان برای شرکت در بازار خدمات جانبی و با توجه به مکانیزم های جریمه بدست آورده شده است. سپس پس از ایجاد مدل مناسب با شبیه سازی های متناظر به بررسی اثر تصادفی بودن میزان توان قابل دسترس (ناشی از تصادفی بودن رفتار خودروهای برقی) بر کنترل فرکانس (افزایش و کاهش فرکانس-رگولاسیون) شبکه با در نظر گرفتن تجمیع کننده وبدون حضور تجمیع کننده پرداخته خواهد شد. مدل بازار استفاده شده در این پروژه بازار خدمات جانبی (بازار رگولاسیون) می باشد. یکی از نکاتی که باید در شبیه سازی های کنترل فرکانس در نظر گرفت نوع شبکه ارتباطی و انتشار و دریافت اطلاعات است. در این پروژه شبکه ارتباطی یک سویه (جهت ارتباط فقط از طرف اپراتور به خودروها) و شبکه ارتباطی دوسویه (جهت ارتباط هم از طرف اپراتور به خودروها و هم از طرف خودروها به اپراتور) مورد بررسی قرار خواهند گرفت. در پایان با توجه به اهمیت خودروهای برقی و نفوذ آن ها در شبکه های آینده، در این تحقیق سعی شده است تاثیر قیود فیزیکی شبکه بر کنترل فرکانس نیز به صورت مختصر بررسی شود.

مفاهیم جدیدی به منظور مدیریت، کنترل و حل محدودیت در سوخت های فسیلی و بحران زیست محیطی در دنیا معرفی شده است. استفاده از انرژی برق به عنوان نیروی محرکه خودروها و استفاده از انرژی های تجدیدپذیر به منظور تولید برق از مفاهیم مطرح شده در این زمینه در محدوده سیستم های قدرت می باشند. هر چند که این مفاهیم دارای مزایای زیست محیطی فراوان می باشند ولی با این وجود چالش هایی را نیز در پی خواهند داشت. استفاده از پاسخ تقاضا و یا شارژ کنترل شده خودروهای برقی از موارد مطرح شده به منظور مدیریت این چالش ها می باشند. با توجه به تجدیدساختار در سیستم های قدرت این روش ها باید با ساختار جاری بهره برداری سیستم های قدرت تطبیق داده شده و یا به عبارت دیگر در قالب فرآیند بازار به آن ها نگریسته شود. بر این اساس در این پایان نامه مسئله در مدار قرار گرفتن واحدهای تصادفی به عنوان هسته اصلی برنامه ریزی روز بعد در سیستم های قدرت با در نظر گرفتن پاسخ تقاضا و خودروهای برقی مدل سازی و حل خواهد شد. خودروهای برقی در مسئله در دو حالت بررسی مزایای ممکن و مشارکت خودروهای برقی در بازار برق مدل سازی شده است. به منظور بررسی روش ارائه شده مطالعات عددی بر روی شبکه 118 باس ieee تغییریافته انجام شده است. از نرم افزار matlab به منظور تولید سناریو مورد استفاده قرار گرفته و کاهش تعداد سناریوها و حل مسئله با استفاده از ابزارهای موجود در نرم افزار gams انجام شده است. نتایج نشان دهنده تأثیر فراوان استفاده از پاسخ تقاضا به منظور کاهش بار از دست رفته مورد انتظار و قطع توان بادی می باشد. از سوی دیگر کنترل هوشمند خودروهای برقی می تواند از طریق جابه جایی بار به ساعت کم باری شبکه از طریق استفاده از توان تولیدی نیروگاه های دارای هزینه کمتر به کاهش هزینه بهره برداری شبکه منجر شود. با این وجود بر اساس شبیه سازی انجام شده استفاده از خودروهای برقی به منظور جابجایی بار دارای مزایای بیشتری در مقایسه با استفاده از آن ها به منظور مدیریت حوادث می باشد.

بعد از وقوع خاموشی های زیادی که در سرتاسر دنیا در شبکه های برق رخ داد، محققان را برآن داشت که روش ها و مدل های جدیدی برای بررسی فروپاشی سیستم های قدرت ارائه و شاخص های بهتری را برای بررسی امنیت آن تعریف نمایند. در این پایان نامه به مدل سازی فروپاشی سیستم های قدرت بر اساس نظریه بحران های خود سازمان یافته (soc) پرداخته شده است. این نظریه که برای ساده سازی سیستم های پیچیده به کار گرفته می شود شامل دو حلقه اصلی است. حلقه داخلی که به آن دینامیک سریع نیز گفته می شود به تحولات سیستم در کوتاه مدت بدون اعمال نیروی خارجی می پردازد. حلقه خارجی که به آن دینامیک آهسته گفته می شود به تحولات سیستم قدرت در بلند مدت می پردازد. مدل پیشنهادی برروی شبکه 39 شینه شبیه سازی شده است. با استفاده از مدل پیشنهادی خطوط مستعد خروج در فروپاشی های سیستم شناسایی شده است. همچنین با استفاده از مدل پیشنهادی شاخص های حساسیت و بحرانی سیستم بدست آمده است. در ادامه نیز یک طرح حفاظتی خاص برای مقابله با فروپاشی سیستم قدرت ارائه و در مدل فروپاشی شبکه 39 شینه پیاده سازی و تاثیر آن بر روی امنیت و پایداری شبکه بررسی شده است.

مدار های موازی خط انتقال نصب شده بر روی برج های مشابه به طور گسترده ای در سیستم های انتقال ولتاژ بالا با توجه به مزایای قابل توجه خود ( قابلیت انتقال با قدرت بالا، در دسترس بودن، و به اشتراک گذاشتن حق راه) مورد استفاده قرار می گیرد. بخش زیادی از خطوط انتقال شبکه قدرت با توجه به مسائل اقتصادی و مهندسی به صورت دو مداره یا چهار مداره احداث می شوند. با توجه به اینکه استفاده از خطوط انتقال موازی چهار مداره نسبت به خطوط انتقال موازی دو مداره و تک مداره هزینه های احداث را کاهش داده و مسیرهای انتقال را کارآمد تر می کند لذا ارائه ی الگوریتمی که بتواند از عملکرد نادرست رله های دیستانس سنتی در خطوط انتقال موازی چهار مداره، بدلیل القای متقابل بین مدارهای خط انتقال موازی جلوگیری کند، ضروری می باشد. در این مطالعه، به بررسی چالش های فرا روی حفاظت خط انتقال موازی چهار مداره پرداخته می شود و تأثیر القای متقابل مدارهای خط انتقال موازی در رله دیستانس سنتی به کار گرفته شده در خط انتقال چهار مداره نشان داده خواهد شد و در ادامه یک طرح جامع حفاظتی به منظور حفاظت خط انتقال چهار مداره در مقابل خطا های درون مداری و بین مداری ارائه شده است. به منظور شبیه سازی الگوریتم پیشنهادی، از نرم افزار های digsilent و matlab استفاده شده است و در یک شبکه نمونه، عملکرد رله دیستانس سنتی و رله دیستانس پیشنهادی به کار گرفته شده در خط انتقال موازی، مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که الگوریتم پیشنهادی تحت تأثیر القای متقابل توالی صفر بین مدار های خط انتقال موازی قرار نمی گیرد و بر خلاف رله دیستانس سنتی که دچار خطای کاهش برد یا افزایس برد می شود، سطح دسترسی رله دیستانس پیشنهادی تغییر نمی کند و مستقل از مقدار مقاومت خطا و زاویه انتقال توان می باشد و در صورتی که به اطلاعات ولتاژ و جریان فازها و جریان توالی صفر عبوری از مدارهای خط انتقال موازی امکان دسترسی وجود داشته باشد، دسترسی رله دیستانس پیشنهادی تحت تاثیر مدهای بهره برداری خط انتقال موازی قرار نمی گیرد. کلیدواژه: خط انتقال موازی چهار مداره روی دکل یکسان، حفاظت دیستانس، ضریب جبران ساز توالی صفر

وقوع نسبتاً زیاد خطاهای فاجعه بار که منجر به فروپاشی شبکه های عظیم انتقال می شوند اهمیت ریز شبکه ها و کارکرد جزیره ای آن ها را دو چندان می کند. چرا که ریز شبکه ها می توانند با قابلیت کارکرد جزیره ای خود به تأمین بارهای خود ادامه دهند. در این پایان نامه یک مدل خاموشی گسترده برای یک ریز شبکه، مبتنی بر پخش بار بهینهac استخراج می شود. در این روش پیشنهادی، ویژگی های عمومی کارکرد جزیره ای ریز شبکه ها مورد توجه قرار گرفته است. در روش پیشنهادی فرض می شود یک حادثه اولیه در ریز شبکه روی می دهد و پس از این حادثه، مدل پیشنهادی اتفاقات بعدی که ممکن است در ریز شبکه روی دهد و منجر به از دست رفتن بخش عمده ای از بار ریز شبکه شود را شبیه سازی می کند. اساس شبیه سازی اتفاقات پی درپی بعد از حادثه اولیه، بر بارگذاری بیش از حد مجاز خطوط استوار است و از بین این گونه خطوط، اتفاقات بعدی انتخاب می شوند. پس از این مرحله بر اساس مدل حاصله، یک راهکار موثر با استفاده از تغییر ساختار ریز شبکه برای مقابله با وقوع خطاهای پی درپی ارائه شده است. در این روش با تغییر ساختار ریز شبکه، بارگذاری خطوطی که بالاتر از حد مجاز است، کاهش داده می شود و وقوع اتفاقات بعدی در ریز شبکه متوقف می گردد. به منظور یافتن ساختار بهینه و ایجاد تغییر ساختار در ریز شبکه از الگوریتم ژنتیک استفاده می شود. همچنین نقش ساختار اولیه ریز شبکه در توانایی مقابله ریز شبکه با خاموشی گسترده بررسی می گردد. در انجام این مطالعات، نرم افزارهای digsilent و matlab مورد استفاده قرار می گیرند. نتایج به دست آمده، کار آیی روش پیشنهادی مدل سازی خاموشی گسترده در ریز شبکه را نشان می دهد. همچنین راهکار پیشنهادی برای مقابله با خطاهای پی درپی مورد آزمایش قرار می گیرد و کار آیی آن به خوبی نشان داده می شود.

در سال های اخیر استفاده از طرح های حفاظت ویژه بدلیل تاثیر قابل توجه این طرح ها در بهبود عملکرد سیستم های قدرت، کاربرد روزافزونی پیدا کرده است. از جمله مزایای طرح های حفاظت ویژه می توان به بهبود بهره برداری از سیستم قدرت، امکان استفاده از سیستم قدرت نزدیک به حدود پایداری خود، افزایش ظرفیت انتقال شبکه، جبران تأخیر در احداث خطوط وپست ها و نیروگاه های جدید، افزایش امنیت سیستم در مقابل حوادث شدید که منجر به فروپاشی شبکه می گردند، اشاره کرد. به طور کلی یک طرح حفاظت ویژه با بررسی دقیق شرایط موجود بهره برداری سیستم شکل می گیرد. سپس لیستی از اختلالات بحرانی برای شرایط مختلف کار سیستم تهیه و تبعات این اختلالات تجزیه و تحلیل می شود. برای جبران این تبعات راهکارهای مناسب در نظر گرفته می شود. اگر شرایط بحرانی رخ دهد، طرح حفاظت ویژه کنترل هایی را براساس راهکارهای یاد شده فعال می کند. اتصال نیروگاه اتمی بوشهر با ظرفیت 1000 مگاوات به شبکه سراسری برق کشور، شبکه برق جنوب کشور را با شرایط جدیدی مواجه ساخته است. حساسیت نیروگاه های اتمی اقتضا می کند توان خروجی این نیروگاه ها تحت تمام شرایط محتمل به شبکه منتقل شوند تا از تغییرات ناگهانی و شدید در وضعیت راکتور جلوگیری گردد. در شرایط حاظر نیروگاه اتمی بوشهر با دو خط 400 کیلوولت از طریق پست چغادک، و دو خط 230 کیلو ولت دیگربه شبکه برق سراسری کشور متصل شده است. هدف از این پایان نامه طراحی یک طرح حفاظت ویژه برای مقابله با پیشامدهای شدیدی است که در صورت وقوع علاوه بر فروپاشی شبکه بر روی انتقال توان نیروگاه اتمی بوشهر تاثیر گذار خواهند بود. به همین منظور، ابتدا با استفاده از ارائه یک گراف از شبکه ناحیه فارس که نیروگاه اتمی در آن واقع شده است، یک تصویر واضح و روشن از مسیرهای انتقال توان اطراف نیروگاه اتمی بدست آمد. سپس پیشامدهای بحرانی در شبکه انتقال ناحیه فارس از طریق الگوریتم تحلیل پیشامد ارائه شده در این پایان نامه با استفاده از نرم افزار digsilent بررسی و شناسایی شدند. در نهایت پس از شناسایی این حوادث دو طرح حفاظت ویژه قطع تولید و قطع بار به عنوان طرح های حفاظت ویژه رایج و معمول در شبکه ها به همراه طرح کلیدزنی خطوط انتقال به عنوان یک طرح حفاظت ویژه جدید ارائه شده در این پایان نامه برای مقابله با این پیشامدها ارائه گردیده است، تا راه حلی با استفاده از مفهوم حفاظت ویژه برای انتقال کامل توان نیروگاه اتمی بوشهر در شرایط قطع برخی از خطوط انتقال موجود، پیشنهاد شود. نتایج بدست آمده از اجرای این طرح ها نشان دهنده کارایی و عملکرد قابل قبول این طرح ها در مقابله با حوادث و پیشامدهای شناسایی شده را دارد.

امنیت از حیاتی‏ترین ویژگی ها برای بهره برداری از سیستم های قدرت می باشد. خاموشی ها از عوامل اصلی تهدید برای امنیت سیستم های قدرت هستند. در پی بروز یک حادثه ی اولیه مانند وقوع اتصال کوتاه و خروج خط، سیستم قدرت ممکن است با مشکلاتی نظیر افت ولتاژ، نوسانات زاویه ی روتور ژنراتورها و اضافه بار خطوط دیگر مواجه گردد که این شرایط می تواند خروج یک خط دیگر را نتیجه دهد. خروج خط جدید، سیستم را بیش از پیش شکننده و آسیب پذیر می نماید به طوریکه می تواند باعث گسترش دامنه ی حوادث بعدی گردد. این پدیده به عنوان پدیده ی حوادث پی درپی شناخته شده و ادامه ی آن باعث تجزیه ی ناخواسته ی شبکه ی قدرت به جزایر غیرقابل کنترل می گردد. با گسترش سریع سیستم قدرت، پاسخگویی به نیازهای درحال افزایش مشتریان وتحت فشار بودن از نظرجنبه‏های اقتصادی تعیین شده به وسیله‏ی شرکت‏های برق و در نتیجه عملکرد سیستم نزدیک به محدودیت‏هایش، احتمال وقوع اغتشاشات گسترده ای که منجر به حوادث پی در پی و در نهایت خاموشی سراسری می شوند افزایش یافته است. اگرچه پیش بینی یا جلوگیری ازتمام احتمالاتی که ممکن است سیستم را به سوی فروپاشی سوق دهد ممکن نیست اما سیستم‏های حفاظت ناحیه گسترده می‏توانند پیش‏بینی‏های قابل اطمینان و اقدامات هماهنگی بهینه شده‏ای را فراهم آورند که قادر به کاهش یا جلوگیری از اغتشاشات گسترده می باشند. تجزیه ی سیستم قدرت به صورت عمدی و کنترل شده به جزایر پایدار، قبل از تشکیل جزایر ناپایدار اجباری به عنوان آخرین راهکار دفاعی برای جلوگیری از خاموشی های گسترده در مواقع اضطراری می باشد چرا که ایجاد جزایر ناخواسته و اجباری عموما با مشکل کمبود و یا اضافه تولید توان های اکتیو و یا راکتیو همراه بوده که باعث ناپایداری فرکانسی و ولتاژی جزایر و در نتیجه فروپاشی و خاموشی بخشی از شبکه خواهد شد. در مواقع بحرانی که شبکه به سمت فروپاشی و چند تکه شدن اجباری و ایجاد جزایر ناپایدار میل می کند، جزیره ای کردن شبکه به صورت کنترل شده در قالب جزایر پایدار باعث افزایش کنترل پذیری و کاهش ریسک خاموشی های شبکه می گردد. در این مطالعه با در نظر گرفتن نوسانات زاویه‏ی روتور ژنراتورها و بر اساس گروه های همنوای ژنراتوری، الگوریتمی برای جزیره ای کردن شبکه به صورت کنترل شده در مواقعی که سیستم به سمت خاموشی سراسری می رود، پیشنهاد شده است.

در این مطالعه، الگوریتم حفاظت دیفرانسیل مبتنی بر اندازه گیری فازوری همزمان ولتاژ و جریان پایانه ها و با بکارگیری سیستم موقعیت یاب جهانی (gps) ارائه می شود. الگوریتم پیشنهادی از مدل گسترده خط انتقال به منظور حذف مشکلات ناشی از ظرفیت-های خازنی توزیع شده در طول خط بهره می برد که دقت بالای الگوریتم را در حفاظت خطوط انتقال بلند به همراه دارد. این طرح با محاسبات کم، سرعت عملکرد بالایی داشته و از آنجا که از مولفه های رایج در طرح های حفاظتی، یعنی تبدیل توالی استفاده می کند، ساده می باشد. اساس عملکرد رله، از مقایسه دو شاخص پارامتری وابسته به کمیت های ولتاژ و جریان پایانه ها (که از تساوی ولتاژ محاسبه شده از سمت دو پایانه برای یک نقطه فرضی در طول خط استنتاج شده است) با یک مقدار آستانه ثابت حاصل می شود. به راحتی می توان طرح یادشده را برای خطوط انتقال جبران شده با ادوات sssc، statcom و upfc، تنها با در اختیار داشتن مقادیر حداکثر اندازه ولتاژ تزریقی کنترل کننده سری به خط انتقال و اختلاف میان ولتاژ جبران کننده موازی با ولتاژ خط انتقال و همچنین پارامترهای ثابت مربوط به ساختار جبرانساز نظیر امپدانس شاخه سری و موازی، به کار گرفت. برای این منظور، مدل حالت ماندگار upfc به عنوان یک جبران کننده انعطاف پذیر چند کاربردی با قابلیت های منحصر به فرد در کنترل پارامترهای خط، به مدل گسترده خط انتقال افزوده می شود و تاثیر بخش سری یا به عبارتی sssc، بخش موازی یا statcom و هر دو بخش سری-موازی آن به طور مستقل و همزمان در الگوریتم پیشنهادی به صورت تحلیلی بررسی و ارائه می شوند. مطالعه تحلیلی در دو شرایط بهره برداری عادی از خط انتقال و شرایط وقوع انواع مختلف خطا صورت می گیرند. عملکرد رله دیفرانسیل پیشنهادی، با انجام شبیه سازی یک سیستم قدرت نمونه در محیط نرم افزار matlab/simulink به صورت گام به گام در خط انتقال جبران نشده و جبران شده با هر یک از بخش های سری، موازی و سری-موازی upfc، بررسی و با نتایج به دست آمده در تحلیل های تئوری مقایسه می شوند. الگوریتم پیشنهادی مستقل از ساختمان داخلی جبرانساز می باشد و از آن می توان برای خط انتقال جبران شده با نصب جبرانساز در هر نقطه از خط استفاده نمود. همچنین با تنظیمات و انتخاب حد آستانه عملکرد مناسب، حفاظت مطلوب برای رنج وسیع تغییرات نقطه کار جبرانساز فراهم می شود. الگوریتم پیشنهادی هیچ یک از مشکلات طرح های حفاظتی رله های دیستانس و طرح های پایه حفاظت دیفرانسیل از جمله رله دیفرانسیل مقایسه فاز، دامنه و فازور جریانی را ندارد و در برابر خطاهای امپدانس بالا نیز عملکرد مطلوبی دارد.

کنترل سیلان توان در حالت دینامیکی و ماندگار به ویژه در شرایطی که شبکه قدرت تحت وضعیت بارگذاری بالایی قرار دارد نیازی اساسی و ضروری به حساب می آید. در این راستا سیستم های انتقال جریان متناوب انعطاف پذیر (facts) امکانات کنترلی مناسبی را فراهم نموده و دارای این قابلیت هستند که بدون احداث خطوط جدید و صرف کردن هزینه های کلان، از ظرفیت واقعی و موجود سیستم های انتقال به نحو مطلوبی استفاده به عمل آورند. به عنوان یکی از نو ظهورترین ادوات facts می توان به کنترل کننده دینامیکی توان عبوری از خط انتقال (dynamic flow controller) اشاره نمود که در واقع یک جبران ساز ترکیبی سری- موازی بوده و از نظر ساختاری شامل تجهیزات مرسومی همچون خازن ها و راکتورهای سوئیچ شونده ی تریستوری (tssc, tssr) ، خازن موازی سوئیچ شونده ی مکانیکی(msc) و ترانسفورماتور انتقال دهنده ی فاز (pst) می باشد. با توجه به اینکه وسایل مذکور ذاتاً دارای خاصیت گسسته پیشامد هستند لذا با در نظر گرفتن یکسری مشخصه و منطق کنترلی مطلوب، می توان با استفاده از نظریه کنترل نظارتی سیستم های گسسته پیشامد، رفتار آن ها را در مسیر دلخواه هدایت نمود. از طرفی از نقطه نظر عملی، چالش عمده ای که وجود دارد توسعه و ارائه ی یک استراتژی عملکردی مناسب به منظور بکارگیری و هماهنگ سازی dfc های متعدد در شبکه قدرت است. در واقع استفاده همزمان از چندین dfc ، مستلزم انجام مطالعات دقیقی می باشد چرا که یک استراتژی و منطق هماهنگی ضعیف می تواند منجر به بهره برداری نامناسب از ساختار شبکه و حتی در پاره ای از مواقع موجب به خطر افتادن امنیت سیستم شود. در این پایان نامه ابتدا روابط ریاضی حاکم بر تجهیز dfc بدست آورده شده و مدل مداری آن در معادلات پخش بار لحاظ گردیده است. بر مبنای مدل مذکور، یک بسته نرم افزاری تدارک دیده شده که قادر است اطلاعات یک شبکه n شینه با هر تعداد dfc که روی خطوط مختلف آن مد نظر باشد را گرفته و محاسبات پخش بار را انجام دهد. سپس به فرمول بندی یک مسأله بهینه سازی جهت تعیین بهینه پارامترهای تجهیز نامبرده در شرایط بروز خطا پرداخته شده است. به منظور حل این مسأله، از یکی از جدیدترین الگوریتم های بهینه سازی موجود تحت عنوان الگوریتم رقابت استعماری استفاده گردیده و کارایی آن در زمینه مسایل بهینه سازی سیستم های قدرت نشان داده شده است. در مرحله بعد مدل سازی گسسته پیشامد اجزاء تشکیل دهنده ی تجهیز dfc مورد توجه واقع گردیده و بر اساس ویژگی های عملکردی این وسیله یک منطق کنترلی استخراج شده است. با در اختیار داشتن مدل گسسته پیشامد فرآیند مورد بررسی و منطق کنترلی مورد نظر، کنترل ناظری جهت استفاده در محل بکارگیری هر یک از dfc ها در شبکه طراحی شده است. ناظر مذکور وظیفه تحقق فرمان های تنظیم توان را که از مرکز کنترل سیستم قدرت دریافت می کند بر عهده خواهد داشت. در نهایت نیز یک مرکز کنترل نمونه پی ریزی شده و با جمع آوری اطلاعات و سیگنال های شبکه در قالب یک ساختار سلسله مراتبی و با استفاده از هسته محاسباتی opf ، به کار هماهنگ سازی dfc های موجود در شبکه پرداخته می شود. برای این مرکز نمونه دو سطح پایین (عملیات) و بالا (مدیریت) در نظر گرفته شده است. در سطح پایین، عملکرد عام شبکه مورد پایش واقع گردیده و هسته محاسباتی برنامه که وظیفه تعیین نقاط کار dfc ها را بر عهده دارد، در آن لحاظ شده است. در سطح مدیریت نیز دو مشخصه کنترلی که نشان دهنده عکس العمل سیستم در هنگام مواجهه با اضافه بار لحظه ای و همچنین عدم رفع اضافه بار خطوط پس از اجرای دستورات نقاط تنظیم می باشند، گنجانیده شده است. پیاده سازی استراتژی های بکار گرفته شده روی شبکه آزمون 39 شینه ی ieee دلالت بر صحت عملکرد کنترل کننده های ناظر طراحی شده دارد.

در این رساله، حفاظت خطوط جبران سازی شده با ادوات facts بررسی و راهکارهایی جهت حفاظت خطوط بدون جبران ساز، با جبران سازهای خازن سری و upfc ارائه شده است. در ابتدا چالش ها و مشکلات موجود در روش های رایج حفاظت دیستانس و مکانیابی خطا در خطوط انتقال جبران سازی شده بررسی گردیده است. همچنین، علاوه بر محیط نرم افزار، بخشی از نتایج توسط شبیه ساز بلادرنگِ opal-rt نیز جهت مدل‎سازی با دقت بالا استخراج گردیده است. نتایج نشان می دهد که امپدانس مولفه مثبت، که توسط رله های دیستانس اندازه گیری می شود، دیگر نشان دهنده فاصله رله تا محل وقوع خطا نیست. علاوه براین، نحوه تاثیر جبران سازهای سری-موازی بر پارامترهای خط انتقال و در نتیجه رفتار رله دیستانس نیز بررسی شده است. طبق نتایج حاصل و با توجه به پیچیدگی ها و عدم قطعیت های مساله، روش های هوشمند و شناسایی الگو جهت حفاظت خطوط جبران سازی شده پیشنهاد شده است. در مرحله اول با روش تبدیل هیپربولیکی s، سیگنال های خطا در خط جبران سازی شده با خازن سری به ماتریس زمان-فرکانس تجزیه گردیده و سپس با استخراج بردار ویژگی ها به عنوان ورودی ماشین بردار پشتیبان، طبقه بندی خطا، شناسایی ناحیه خطا (وقوع خطا در خط تحت حفاظت یا مجاور) و تخمین مکان خطا انجام می گیرد. بعد از بررسی کاربرد روش شناسایی الگو در خط با جبران ساز ثابت، کارایی روش در خط با upfc بررسی می گردد. با بکارگیری تبدیل s گسسته متعامد و نرمالِ سریع ویژگی های زمان-فرکانس موثری از سیگنال خطا استخراج می شود. تبدیل مذکور علاوه بر اینکه برای تحلیل سیگنال های ناایستا مناسب است، پیچیدگی محاسباتی در حد تبدیل فوریه سریع دارد. در خط با upfc، نوع خطا، وضعیت حلقه خطا (حضور یا عدم حضور جبران ساز) و ناحیه خطا با ماشین های بردار پشتیبان شناسایی و طبقه بندی می شوند. در نهایت، در خط با upfc، با ترکیب روش تبدیل هیپربولیکی s و مدل رگرسیون ماشین بردار پشتیبان محل خطا تخمین زده می شود.