در سالهای اخیر مسائل سیستمِ سیستمها، مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. اما با وجود تمام کارهای انجام شده، علم سیستم سیستمها هنوز در مقایسه با علم سیستم، طفلی نوپا محسوب می شود. مسائل سیستم سیستمها به چند دلیل جزو مسائل بسیار پیچیده محسوب می شوند: حضور سیستمهای متفاوت در یک مسئله سیستم سیستمها، وجود وابستگی های پیچیده بین سیستمهای یک لایه و هم چنین بین لایه های مختلف، حضور عوامل متنوع تصمیم گیرنده در لایه های متوالی، عدم قطعیت آمیخته با این مسائل و نیز ماهیت پویای آنها. بررسی مراجع نشان می دهد که هیچ یک از روشهایی که تاکنون برای برخورد با مسائل سیستم سیستمها مطرح شده اند، قادر نیستند با تمام پیچیدگیهای آنها مقابله کنند و تا کنون هیچ روش استاندارد و قابل تکراری برای برخورد با این مسائل ارائه نشده است. در این رساله، تمام این پیچیدگی ها و چالشها در نظر گرفته شده و راهکاری برای برخورد با آنها ارائه خواهد شد. روش پیشنهادی این رساله که آن را بازیِ بازیها می نامیم، قادر است تمام وابستگی های سطری و ستونی بین اجزای یک ساختار سیستم سیستمها را بدون پیچیدگی زیاد محاسباتی مدل کند. در روش پیشنهادی، ابتدا مجموعه ای از پاسخها در سطح سیستم و توسط لایه های پایین تر تولید شده و سپس پاسخ نهایی مسئله در لایه های بالا و با در نظر گرفتن تمام روابط بین اجزا، از بین گزینه های پیشنهادی سطوح پایین تر انتخاب می گردد. برای این انتخاب دو معیار سطح بالا در نظر گرفته می-شود: قابلیت عملکرد هماهنگ همه اجزا و مقاوم بودن پاسخها در حضور عدم قطعیت. برای تولید پاسخها در هر دو سطح از تئوری بازیها استفاده خواهد شد. بدین منظور روشهای مبتنی بر تئوری بازیها را به نحو مناسبی تغییر داده و اصلاح می کنیم که بتوان از آنها برای برخورد با مسائل سیستم سیستمها استفاده کرد. در همین راستا و با توجه به اینکه یکی از دلایل پیچیدگی مسائل سیستم سیستمهای دنیای واقعی حضور عدم قطعیت در آنهاست، روشهای جدیدی برای برخورد با مقادیر تقریبی سود بازیها، ارائه خواهد شد. برای اینکه کار تئوری این رساله با کاربرد عملی نیز همراه گردد، مسئله مدیریت بحران مورد توجه قرار خواهد گرفت. در یک واقعه بحرانی وابستگیهای زیاد و پیچیده ای بین عوامل حاضر وجود دارد که نادیده گرفتن آنها عواقب جبران ناپذیری را به دنبال خواهد داشت. با استفاده از روش پیشنهادی مبتنی بر سیستم سیستمها، تمام وابستگی های بین واحدهای اورژانسی در سطوح مختلف، مدل شده و راهکاری منصفانه، رضایت بخش و مقاوم برای مدیریت وقایع بحرانی هم زمان ارائه خواهد شد. هم چنین در این رساله یک مدل ریاضی ساده پیشنهاد خواهیم داد که می تواند رفتار دینامیکی وقایع بحرانی مختلف را در یک بازه زمانی چند ساعته پس از وقوعشان توصیف کرده و شرایط واقعه بحرانی را در گامهای زمانی آینده پیش بینی کند. به کمک این مدل یک روند جامع و دینامیک برای سیستم سیستمهای مدیریت بحران ارائه خواهد شد. به علاوه از روش بازی بازیها برای تصمیم گیری و تخصیص کار در محیط روبوکاپ امداد استفاده خواهیم کرد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که روش پیشنهادی، علیرغم محدودیتهای ارتباطی و زمانی محیط شبیه ساز، عملکرد موفق و قابل اعتمادی دارد.

یکی از مهمترین دلایل تحقق شبکه هوشمند بازده انرژی است، و در موضوع بازده انرژی، پاسخ تقاضا یکی از برنامه های اساسی در سطح توزیع است. باید توجه داشت که، اگرچه پاسخ تقاضا مزیت های گوناگونی برای شبکه و مشترک به وجود می آورد، چالش های در اجرا دارد، که از مهمترین آنها می توان به عدم توانایی مشترک به پاسخ خودکار به تغییرات قیمت اشاره کرد. بنابراین ارائه روشی مناسب برای پاسخ خودکار به تغییرات قیمت امری مهم خواهد بود. با وجود استفاده از تجهیزات مدرنی که در حال حاضر قابلیت نصب در ساختمان ها را داراست، پاسخ بار اقتصادی تر به نظر خواهد آمد (هم از نگاه مصرف کننده و شبکه). همچنین شبکه هوشمند بستری مناسب برای مدیریت انرژی ساختمان با استفاده از ارتباط دو طرفه انرژی و اطلاعات (در کنتور هوشمند) فراهم آورده است. پاسخ بار (در این پایان نامه) شامل برنامه ریزی منابع همانند دیزل ژنراتور، بارها شامل، کنترل پذیر وقفه پذیر و وقفه ناپذیر، و سیستم های ذخیره شامل، باتری و خودروی الکتریکی، خواهد بود. همچنین، به معرفی روش روی خط برنامه ریزی بارها و منابع ساختمان هوشمند پرداخته می شود، به علاوه، این الگوریتم را برای یک سیستم نمونه شبیه سازی کرده و نتایج و مزیت های آن نشان داده خواهد شد. شبیه سازی برای سیستم مورد نظر با الگوریتم خارج از خط انجام شده سپس الگوریتم روی خط را با دو چالش برای شبیه سازی روبرو می شود و نتایج نمایش می شود. نتایج نشان داده شده نمایش گر مزایای این الگوریتم نسبت به دیگر روش های برنامه ریزی خواهد بود.

با توجه به کاستی های موجود در شبکه برق رسانی کنونی، اخیرا مطالعات گسترده ای برای رفع آنها صورت گرفته است. از آن جمله، می توان به افزایش ارتباطات میان المانهای موجود در شبکه اشاره نمود، که نسبت آگاهی از وضعیت شبکه را بالا برده و با افزودن یک بستر هوشمند مخابراتی آنرا به کاراترین شکل ممکن توسعه می دهد. در این راه یکی از ملزومات اساسی، ایجاد زیرساخت مخابراتی با صرف کمترین هزینه می باشد. منظور از هزینه در اینجا یعنی:حداقل سازی مسیرهای اپتیک بین مراکز انتقال، حداقل سازی مراکز تقویت کننده در مسیر انتقال، حداقل سازی هزینه‏های نگهداری مسیر، حداقل سازی هزینه‏های بروز قطعی در شبکه، استفاده حداکثری از پهنای باند موجود و حفظ حالت دینامیک توزیع بار. لذا انتخاب بهترین مسیر میان مراکز اطلاعاتی و مقاوم سازی مسیر ارتباطی در شبکه هوشمند، یکی از مهمترین فاکتورها برای دستیابی به اهداف فوق می باشد. به همین منظور، ابتدا مسئله را مدلسازی نموده و سپس آنرا با یکی از الگوریتمهای رایج حل می کنیم. در این پژوهش مدلسازی مسئله تحت عنوان مدل فروشنده دوره گرد (tsp ) صورت گرفته است. سپس با توجه به روشهای متعدد حل که اجمالا معرفی خواهند شد، مشخصاًً با استفاده از الگوریتم تبرید تدریجی (sa ) به حل مسئله فوق می پردازیم. سپس برای مقاوم سازی شبکه با لینکهای پشتیبان، یک روش ابتکاری ارائه می گردد. شبیه سازی با استفاده از نرم افزار متلب صورت گرفته و نتایج مورد آنالیز قرار خواهند گرفت. د

هم زمان با ظهور دستگاه ها و وسایل جدید و به روز الکترونیکی، نیاز روزافزون به انرژی الکتریکی برای تأمین این نیازها هرروز بیش از روز قبل احساس می شود؛ اما ازآنجاکه رشد توان تولیدی واحدهای نیروگاهی و تولیدکننده با سرعت رشد نیازها برابر نبوده و در ضمن تولید الکتریسیته‏ی بیشتر نقش نامیمونی در گرمایش زمین دارد، نیاز به طراحی ساخت جدیدی از شبکه قدرت که در آن ساختار مصرفی، انرژی مشترکین بهینه شده باشد؛ به شکلی مبرهن احساس شد. در این ساختار مشترکین می بایستی خود به گونه ای نیازهای خود را مدیریت می کردند که درعین حال تأمین تمامی نیازهای خود از شبکه میزان فشار به شبکه در ساعات اوج مصرف کاهش یابد. در این راستا ساختارهای قیمت گذاری متعدد و متنوعی در سایه امکانات بدیع شبکه های هوشمند معرفی شدند تا نیل به این مهم را مقدور سازند، اما یک نقطه مشترک تمامی این ساختارهای نو، کاهش سطح رفاه مشترکین در ساختار جدید در مقایسه‏ی با روش سنتی بود چراکه در تمامی این روش ها مشتری مجبور بود تا نیازها و الگوی مصرف خود را بازتعریف نماید. در جهت جبران این مشکل، ما ساختاری ارائه می دهیم که در آن علاوه بر حفظ امکان کاهش مصرف در ساعات اوج مصرف، کاهش رضایت مشترکین از طریق کاهش هزینه پرداختی مشترک جبران گردد. در ساختار قیمتی پیشنهادی ما از 3 ساختِ قیمت گذاری چندسطحی، هم زمان و ibr استفاده بردیم و با تعریف یک معیار برای سطح رفاه مشترک و بهینه نمودن به الگویی برای حفظ هم زمان رضایت مشترک و کاهش پیک دست یافتیم. در این ساختار قیمت ها هر ساعت برمبنای هزینه تولید واحد و ساعت مصرف و همچنین نرخ مصرف هر مشترک به روز می شوند و این قیمت ها در لحظه و یا در بازه های چندساعتی به دست مشترک می رسند. با اعمال بهینه سازی میزان رفاه مشترکین، با 20% مصرف کمتر در ساعات اوج مصرف به میزان 31% افزایش یافت که این نرخ در مورد 15% درصد کاهش پیک در ساعات پرمصرف و گران قیمت، 13% بود. با بازتعریف تابع رفاه علاوه بر کاهش نرخ پیک بار میزان رفاه مشترک افزایش می یابد.

یکی از شاخص های ویژه شبکه های هوشمند توانایی خوددرمانی در این شبکه ها است که با ایجاد و گسترش اتوماسیون توزیع و بهره گیری از عملکرد غیر متمرکز تکنولوژی های دیجیتال مانند سیستم پایش اطلاعات، کنترل اتوماتیک، مخابرات دو سویی و مدیریت اطلاعات محقق می گردد. تشخیص اتوماتیک محل خطا، جداسازی آن محل و بازیابی خوداتکای نواحی خاموش شده دور از خطا نقش مهمی در قابلیت اطمینان و کیفیت توان در شبکه دارد. با توجه به اهمیت خوددرمانی، در این رساله چهارچوب کنترل غیرمتمرکز، بهینه و مقاوم برای تنظیم عملکرد سوییچ های هوشمند ارائه خواهد شد. متناسب با هوش توزیع شده در شبکه های هوشمند، ساختار کنترل بر مبنای تکنولوژی عامل ها در دو لایه مختلف شامل عامل های زون و عامل های سوییچ بنا شده است به طوریکه هر یک وظایف مختص به خود را بر عهده دارند. عامل زون مسئول پایش و آماده سازی اطلاعات و عامل سوییچ در دو کلاس مختلف مسئول تعمق، تعمل و تصمیم¬گیری است. در این ساختار، معماری داخلی هر یک از عامل ها به کمک یک مدل لایه متقاطع شبکه طراحی شده است. بدین منظور علومی همچون تئوری طراحی شبکه ها، تئوری اتوماتای ترکیبی و مدلسازی ریاضی به خدمت گرفته شده تا مدل لایه متقاطع شبکه هوشمند با هدف توصیف عملکرد هر یک از عامل ها حاصل شود. سپس با هدف حفظ عدم تمرکز الگوریتم، دسترسی به اطلاعات محلی و توانایی ارتباط با عامل های مجاور به عنوان سیاست تعاملی هر یک از عامل ها در ساختار چندعاملی طراحی شده است. بعلاوه برای تضمین بهینگی نتایج حاصل از همکاری عامل ها، از یک سیاست ترکیبی متشکل از تکنیک سیستم های خبره و روش برنامه ریزی ریاضی استفاده شده است. در این راستا کاربرد ویژه ای از روش برنامه ریزی ریاضی به عنوان یک تکنیک متمرکز در محیط چندعاملی مورد استفاده قرار گرفته است. علاوه بر این، با توجه به حضور عدم قطعیت در شبکه های هوشمند به عنوان یک مفهوم ناگریز، در ساختار چند عاملی عامل سوییچ به هنگام تصمیم گیری عدم قطعیت موجود در اطلاعات پایش شده را در نظر گرفته تا صحت نتایج حاصل را در برابر هرگونه تغییر ساعتی بار در بازه زمانی اجرای مکانیسم خوددرمانی و همچنین در مدت زمان رفع عیب تضمین کند. در ساختار چندعاملی طراحی شده، عدم قطعیت توسط عامل زون به کمک عدد فازی مثلثی نامتقارن توصیف شده، لذا عامل های سوییچ کلیه محاسبات، مقایسه ها و تصمیم گیری ها را با استفاده از حساب فازی، رتبه بندی فازی و بهینه سازی فازی انجام خواهند داد. در هر مرحله از طراحی چارچوب کنترلی مورد نظر، قابلیت های طراحی شده در آن مرحله بر روی سیستم استاندارد نمونه آزمون شده و نتایج بدست آمده نشان دهنده توانایی پیاده سازی الگوریتم بر روی شبکه های هوشمند در حضور عدم قطعیت بوده و همچنین موکد لزوم لحاظ عدم قطعیت به هنگام تصمیم گیری و تنظیم عملکرد تجهیزات سوییچ شونده هوشمند می باشد.

سیگنال ورودی یک سیستمlti در یک حلقه کنترل دیجیتال ممکن است به صورت «متناوب با دو حالت 1 و 0 و عرض پالس قابل تنطیم» یا به اختصارpwm باشد. در هر لحظه نمونه برداری، کنترل کننده دیجیتال مقدار duty cycle یا به اختصار d جدید را به عنوان عرض پالس به ریز پردازنده تحویل می دهد تا سیگنال pwm متناظر (که متوسط آن با d متناسب است) را برای کنترل سیستم تولید نماید. از سوی دیگر شناسایی مدل دقیق سیستم، برای تنظیم خودکار کنترل کننده و پیش بینی پاسخ سیستم اهمیت دارد. در مسئله قبل، به دلیل محدودیت¬هایی نمونه های سیگنال ورودی واقعی در دست نیست و استفاده از سیگنال d به عنوان ورودی غیر واقعی در نتیجه شناسایی خطا ایجاد میکند. علت این خطا عدم تناظر سیگنال d با خروجی اندازه گیری شده (پاسخ فرآیند به سیگنال (pwm، از طریق مدل فرآیند می باشد. به عبارت دیگر سیگنالی که از طریق مدل فرآیند با سیگنال d مرتبط است پاسخ مدل فرآیند به سیگنال d می باشد که البته آن را در اختیار نداریم (این پاسخ راy(average) یا به اختصار می نامیم). اگر عملگری را بتوان یافت که با اعمال آن بر سیگنال اندازه گیری خروجی، سیگنال یا تقریبی از آن به دست آید، میتواند برای پیش پردازش و کاهش خطای شناسایی مورد استفاده قرار گیرد. در این پایان نامه سعی شده بر اساس تئوری متوسط گیری روشی به منظور پردازش داده های خروجی ارایه گردد تا بر پایه داده های خروجی پردازش شده جدید و همان سیگنال d موجود (در دسترس ترین اطلاعات فرایند)، شناسایی مدل سیستم دقیق تر صورت پذیرد. شناسایی در حالتهای حلقه باز و حلقه بسته با سیگنال کنترل pwm و پارامترهای متنوع شبیه سازی شده و خطای مورد بحث در مدل شناسایی شده و بهبود آن در صورت استفاده از روش نشان داده شده است. در پایان برای بهبود شناسایی مدل یک سیستم تجربی (سیستم کنترل سرعت موتور الکتریکی (جریان مستقیم) با ولتاژ pwm)، روش پیشنهادی مورد استفاده قرار گرفته و نتایج مطلوبی حاصل شده است.

امروزه بهره برداری از انرژی های تجدیدپذیر بدلیل رو به اتمام بودن منابع سوخت فسیلی دارای اهمیت روزافزونی می باشد. انرژی باد یکی از منابع انرژی می باشد که بهره برداری از آن با استفاده از یک توربین بادی متصل به ژنراتور الکتریکی امکان پذیر است. توربین های بادی با توجه به راستای محور اصلی خود و شرایط و نحوه استفاده از انرژی باد به دو گروه توربین های بادی با محور افقی و توربین های بادی با محور عمودی تقسیم می شوند که در این پروژه توربین های بادی محور افقی مورد نظر هستند.